KR101630639B1 - 정전 도포 장치 및 액체의 도포 방법 - Google Patents

정전 도포 장치 및 액체의 도포 방법 Download PDF

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Abstract

정전 도포 장치(100)는 도전성의 벽으로 내면이 형성된 제 1 유로(F1)를 형성하는 통 형상 전극(1)과, 제 1 유로(F1)의 축선 연장선을 차단하도록 배치된 대향 전극(20)과, 통 형상 전극(1)과 대향 전극(20) 사이에 전압을 인가하는 전원(30)과, 제 1 유로(F1)에 대하여 액체를 공급하는 액체 공급부(40)를 구비한다. 제 1 유로(F1)의 축 방향 길이를 L1로 하고, 제 1 유로(F1)의 내경을 D1로 하였을 때에 (L1/D1)이 35 이상이고, 제 1 유로의 내경(D1)은 0.5 내지 2.0mm이고, 제 1 유로의 길이(L1)는 20 내지 100mm이다.

Description

정전 도포 장치 및 액체의 도포 방법{ELECTROSTATIC APPLICATION APPARATUS AND METHOD FOR APPLYING LIQUID}
본 발명은 정전 도포 장치 및 이를 사용한 액체의 도포 방법에 관한 것이다.
종래부터 레지스트 등의 미소한 액적을 대전시켜 반대 부호로 대전된 기판 위에 습기를 포함한 상태로 부착시키는 기술이 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2006-58628호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2004-136655호
그러나, 종래의 기술에서는 기판에 도달하는 액적의 미소화가 충분하지 않았다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 기판에 도달하는 액적의 입자 직경을 충분히 작게 할 수 있는, 정전 도포 장치 및 이를 사용한 액체의 도포 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 정전 도포 장치는 내면이 도전성의 벽으로 형성된 제 1 유로를 형성하는 통 형상 전극과,
상기 제 1 유로의 축선 연장선을 차단하도록 배치된 대향 전극과,
상기 통 형상 전극과 상기 대향 전극 사이에 전압을 인가하는 전원과,
상기 제 1 유로에 대하여 액체를 공급하는 액체 공급부를 구비하고,
상기 제 1 유로의 축 방향 길이를 L1로 하고, 상기 제 1 유로의 내경을 D1로 하였을 때에, L1/D1이 35 이상이고, 상기 제 1 유로의 내경(D1)은 0.5 내지 2.0mm이고, 상기 제 1 유로의 길이(L1)는 20 내지 100mm이다.
본 발명에 의하면, 노즐로부터 배출된 액체가 낮은 전압으로 용이하게 레일리(Rayleigh) 분열되어 미세한 액적을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로와 연통하고 또한 제 1 유로의 내경보다 작은 내경을 갖는 제 2 유로를 형성하는 노즐을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이로써, D1이 커도 용이하게 작은 액적을 사출(射出)할 수 있다.
또한, 상기 제 2 유로의 내경(D2)은 0.1 내지 0.5mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐이 전기 절연성인 것이 바람직하다. 이로써, 노즐로부터의 방전 등을 억제할 수 있다.
또한, 상기 액체 공급부는 상기 통 형상 전극의 유로에 레지스트 용액을 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 액체의 도포 방법은 상기의 정전 도포 장치를 사용한다.
또한, 본 발명에 따른 다른 액체의 도포 방법은 상기의 정전 도포 장치를 사용하고, 상기 전원으로부터 10kV 이하의 전압을 인가한다.
본 발명에 의하면, 기판에 도달하는 액적의 입자 직경을 충분히 작게 할 수 있다. 따라서, 매우 얇은 예를 들면, 0.5 내지 100㎛ 정도의 액막을 대상물 위에 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 도포 장치(100)의 일부 파단 모식도이다.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 도포 장치(100)의 일부 파단 모식도이다. 본 실시형태의 정전 도포 장치(100)는 노즐 유닛(10), 대향 전극(20), 전원(30), 액체 공급부(40), 및 노즐 유닛 이동부(50)를 구비한다.
노즐 유닛(10)은 통 형상 전극(1), 노즐(2) 및 커버(3)를 구비한다.
통 형상 전극(1)은 상단에 외 플랜지(1a)가 설치된 원통이며, 내경(D1)은 일정하다. 통 형상 전극(1)은 예를 들면, 스테인레스 등의 도전성 재료로 이루어지고, 내면이 도전성의 벽으로 형성된 제 1 유로(F1)를 형성한다.
제 1 유로(F1)의 길이를 L1로 하고, 제 1 유로(F1)의 내경을 D1로 하였을 때에 L1/D1 [-]은 35 이상이고, 바람직하게는 40 이상, 보다 바람직하게는 50 이상이다. L1/D1 [-]의 상한은 특별히 없지만 100 이하가 바람직하고, 80 이하가 보다 바람직하고, 60 이하가 더 바람직하다.
구체적으로는, D1은 0.5 내지 2.0mm로 하는 것이 바람직하고, 0.5 내지 1.0mm로 하는 것이 보다 바람직하다. 길이(L1)는 20 내지 100mm로 하는 것이 바람직하고, 40mm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 80mm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
노즐(2)은 통 형상 전극(1)의 선단에 설치되어 있다. 노즐(2)은 유리, 세라믹, 수지 등의 전기 절연성 재료로 이루어지고, 제 1 유로(F1)와 연통하는 제 2 유로(F2)를 형성한다.
제 2 유로(F2)의 내경(D2)은 제 1 유로(F1)의 내경(D1)보다 작다. 구체적으로는, D2는 0.1 내지 0.5mm로 하는 것이 바람직하고, 0.1 내지 0.3mm로 하는 것이 보다 바람직하다.
제 2 유로(F2)의 길이(L2)는 특별히 한정되지 않지만 제 1 유로(F1)의 길이보다 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, L2는 5 내지 20mm로 하는 것이 바람직하고, 5 내지 10mm로 하는 것이 보다 바람직하다.
노즐(2)의 하단 외면은 원추 형상으로 되어 있다. 이로써, 액적을 정밀도 좋게 기판을 향하여 토출시킬 수 있다. 원추의 각도, 즉 노즐(2)의 축을 포함하는 단면에 있어서, 축과 원추면이 이루는 각은 45° 이하가 바람직하고, 35° 이하가 보다 바람직하다.
본 실시형태에서는 노즐(2)의 주변에 금속제의 서포트(2s)가 고정되고, 노즐(2)의 일부가 통 형상 전극(1) 내에 삽입된 상태에서, 서포트(2s)가 O 링(2b)을 개재하여 통 형상 전극(1)의 하단면과 접촉하고 있다.
커버(3)는 통 형상 전극(1) 및 노즐(2)을 덮는 형상을 가지며, 상부에 유로(F1)와 연통하는 개구를 갖는다. 커버(3)는 수지(PTFE 등) 등의 전기 절연성 재료로 이루어진다. 커버(3)의 상부 개구의 내면에는 암나사가 형성되어 있고, 관 이음매(4)가 접속되어 있다. 관 이음매(4)는 이음매 본체(4a)와, 라인(L10)의 선단을 이음매 본체(4a)에 접속하는 너트(4b)를 구비한다.
대향 전극(20)은 노즐(2)을 사이에 끼워 통 형상 전극(3)과는 반대측에 배치되어 있다. 대향 전극(20)은 제 1 유로(F1)의 축선 연장선 위에 연장선을 차단하도록 배치되어 있고, 통 형상 전극(1) 및 노즐(2)로부터 이간(離間)되어 있다. 대향 전극(20)은 접지되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는 대향 전극은 판 형상이며, 대향 전극 위에 도포 대상이 되는 기판(SB)이 탑재되어 있다.
전원(30)은 통 형상 전극(1)과 대향 전극(20) 사이에 전압을 인가한다. 통상, 전압은 직류이며, 예를 들면, 펄스 형상으로 공급하는 것이 바람직하다. 전압은 특별히 한정되지 않지만 본 실시형태에서는 5 내지 20kV로 할 수 있다. 전압은 대향 전극(20)에 대하여 통 형상 전극(1) 측이 플러스가 되도록 인가하는 것이 바람직하다.
액체 공급부(40)는 라인(L10)을 통하여 제 1 유로(F1)에 대하여 액체를 공급하는 장치이다.
본 실시형태에서 액체 공급부(40)는 액체를 저장하는 탱크(41)와, 탱크(41)로부터 라인(L10)을 통하여 통 형상 전극(1)에 레지스트 용액을 공급하는 펌프(42)를 구비한다. 본 실시형태에서는 펌프(42)가 밀폐 상태에 있는 탱크(41)에 공기를 공급함으로써, 라인(L10)을 통하여 액체가 제 1 유로(F1)에 공급된다.
본 실시형태에서 액체 공급부(40)는 레지스트 용액을 제 1 유로(F1)에 대하여 공급한다. 레지스트 용액은 노볼락 수지 등의 수지, 나프트디아지드 등의 감광제, 및 PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate) 등의 용매를 포함하는 혼합물이다. 레지스트 용액의 바람직한 점도의 범위는 5 내지 1000mPa·s이다. 레지스트로서는 예를 들면, 나가세켐텍스 가부시키가이샤 제조 NPR3510을 들 수 있다.
노즐 유닛 이동부(50)는 노즐 유닛(10)을 대향 전극(20)에 대하여 상대적으로 이동시킨다. 구체적으로는, 예를 들면, 대상물이 기판(SB)인 경우에는 노즐 유닛(10)은 기판(SB)의 표면에 대하여 수평 면내에서 2축에 독립적으로 이동할 수 있다. 이로써, 기판(SB) 위의 원하는 부분에 액체를 도포시킬 수 있다. 또한, 노즐 유닛 이동부(50)는 기판(SB)에 대하여 수직 방향에도 대향 전극(20)에 대하여 노즐 유닛(10)을 이동시키도록 할 수 있는 것이 바람직하다. 이로써, 노즐(2)의 선단과 기판(SB)의 거리를 조절하는 것도 용이하다.
이어서, 본 실시형태의 정전 도포 장치(100)를 사용하는 도포 방법에 대하여 설명한다.
우선, 대향 전극(20) 위에 도포 대상이 되는 기판(SB)을 탑재한다. 이어서, 전원(30)에 의해, 통 형상 전극(1)과 대향 전극(20) 사이에 전압을 인가한다. 또한, 펌프(42)를 구동하여, 탱크(41) 내의 액체를 라인(L10)을 통하여 제 1 유로(F1) 및 제 2 유로(F2)의 끝까지 공급한다. 액체에는 통 형상 전극(1)에 의해 전하가 공급되어 대전하고, 노즐(2)로부터 돌출된 액체는 테일러 콘을 형성하여, 콘의 선단으로부터 대전된 액적이 반대 전하를 갖는 대향 전극을 향하여 사출된다. 이 때, 본 실시형태에서는 통 형상 전극(1)의 L1/D1이 35 이상이므로 액체에 전하를 효율적으로 공급할 수 있고, 액적을 용이하게 레일리 분열시킬 수 있다. 예를 들면, 레지스트 용액의 경우, 10kV 이하의 전압에서도 레일리 분열을 일으킬 수 있다. 이로써, 예를 들면, 직경 3 내지 5㎛의 액체 레지스트 액적을 형성시켜 기판(SB) 위의 원하는 부분에 공급할 수 있다.
그리고, 노즐(2)과 기판(SB)의 거리를 조절하여 용매가 건조하지 않는 상태의 액적군을 다수 기판(SB) 위에 공급함으로써, 이들 액적을 기판 위에서 합일시켜 액막을 치밀화시키거나 두께를 균일화시킬 할 수 있다. 이로써, 액막 형성 후에, 액막 중의 액적을 합일시키기 위하여 반드시 액막을 용매 상기 분위기 중에 유지할 필요는 없다. 노즐(2)과 기판(SB) 사이의 바람직한 거리는 10 내지 100mm이다.
L1/D1이 35 이상임으로 레일리 분열이 일어나기 쉬운 이유는 명확하지 않지만, D1이 작을수록 통 형상 전극(1)의 내면(접액부)에서 액체까지의 거리가 가까워지므로 통 형상 전극(1)에 의해 액체에 전하를 공급하기 쉬워지고, 또한 L1이 클수록 액체와의 접촉 거리가 길므로 액체에 전하를 공급하기 쉬운 것이라고 생각된다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형 형태가 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 최초에 사출되는 액적의 직경을 적게 하기 위하여 노즐(2)이 설치되어 있지만, D1이 예를 들면, 0.1mm 이하 정도로 작은 경우에는 노즐(2)이 없어도 미소한 액적을 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 노즐로부터의 방전 등을 억제하기 위하여 노즐(2)을 전기 절연성으로 하고 있지만, 노즐(2)이 도전 재료로 이루어지는 것이라도 실시는 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는 노즐(2)이 통 형상 전극(1) 내에 삽입되어 있지만 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 노즐(2)의 상단면이 통 형상 전극(1)의 하단면과 접촉하는 형태에서도 실시 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는 제 1 유로(F1)의 내경(D1)은 일정하지만, 예를 들면, 축을 포함하는 단면에 있어서, 축선에 대한 내면의 각도가 15° 이하의 경사를 갖는 테이퍼 관이라도 좋다. 이 경우의 내경(D1)은 축 방향을 따라 적분된 평균 직경으로서 정의할 수 있다. 노즐(2)의 제 2 유로(F1)도 마찬가지이다.
또한, 통 형상 전극(1)의 형상도 제 1 유로(F1)를 형성할 수 있으면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 플랜지(1a)가 없어도 좋다.
또한, 커버(3)가 필수적이지 않은 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 통 형상 전극(1)에 대하여 직접 라인(L10)을 접속하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 액체의 도포 대상이 기판(SB)이므로 대향 전극(20)도 판 형상이지만, 대향 전극(20)의 형상은 도포 대상의 형상에 맞추어 원하는 형태에 바꿀 수도 있다. 또한, 도포의 대상물도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 표면에 요철이 있는 기판 등 다양한 것에 액체를 도포할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 액체 공급부(40)는 제 1 유로(F1)에 대하여 레지스트 용액(감광성 수지 및 용매의 혼합물)을 도포하고 있지만, 이외에도 다양한 액체를 공급하는 것이 가능하다. 이러한 액체로서는 예를 들면, 비감광성 수지와 용매의 혼합액, 표면 보호막용 코팅액 등으로서 사용되는 중합성 액상 모노머(예를 들면, 1,9-노난디올아크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올프로판트리아크릴레이트 등의 액상 아크릴 모노머 등), 금속 입자와 용매의 페이스트(은, 금, 구리 등), 접착제를 들 수 있다. 액체의 바람직한 점도의 범위는 5 내지 1000mPa·s이다. 용매는 한정되지 않고, 물, 유기 용매 등 다양한 극성 용매나 비극성 용매를 사용할 수 있다.
또한, 액체 공급부(40)의 구성도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 라인(L1)에 펌프가 접속되어 있는 형태나, 펌프(42)가 압축 가스원인 형태, 또는 액체의 공급량이 적고, 제 1 유로(F1) 내의 부압이나 수두(水頭) 차만으로도 액체의 공급이 가능한 경우 등에는 단순한 라인(L1)만으로도 좋고, 요는 제 1 유로(F1)에 액체를 공급 가능하면 된다.
[실시예]
도 1과 같은 정전 도포 장치를 사용하고, L1과 D1을 바꿔서 기판 위에 3 내지 5㎛의 액적이 얻어지는 전압을 측정하였다.
액체: 레지스트 용액(프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트(60-80wt%), 노볼락 수지(15-30wt%), 나프트키논디아지드에스테르(<10wt%), 계면활성제(<1wt%))
통 형상 전극: 스테인레스제, 제 1 유로(F1)의 길이(L1)[mm], 제 1 유로(F1)의 내경(D1)
노즐: 유리제, 제 2 유로(F2)의 길이(L2)=10mm, 제 2 유로(F2)의 직경(D2)=100㎛
기판(Si 기판), 기판과 노즐(2)의 거리 40mm
결과를 표 1에 기재하였다.
Figure 112014106099633-pct00001
또한, 아크릴 모노머계의 코팅 용액(중합성 액상 모노머(1, 9-노난지올아크릴레이트)를 사용하여 실험을 마찬가지로 행한 바, 상기의 레지스트 용액과 같은 결과를 얻었다.
1: 통 형상 전극
2: 노즐
20: 대향 전극
30: 전원
40: 액체 공급부
F1: 제 1 유로
F2: 제 2 유로
100: 정전 도포 장치

Claims (7)

  1. 내면이 도전성의 벽으로 형성된 제 1 유로를 형성하는 통 형상 전극과,
    상기 제 1 유로의 축선 연장선을 차단하도록 배치된 대향 전극과,
    상기 통 형상 전극과 상기 대향 전극 사이에 전압을 인가하는 전원과,
    상기 제 1 유로에 대하여 액체를 공급하는 액체 공급부를 구비하고,
    상기 제 1 유로의 축 방향 길이를 L1로 하고, 상기 제 1 유로의 내경을 D1로 하였을 때에,
    L1/D1이 35 이상이고,
    상기 제 1 유로의 내경(D1)은 0.5 내지 2.0mm이고,
    상기 제 1 유로의 길이(L1)는 20 내지 100mm인, 정전 도포 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유로와 연통하고 또한 제 1 유로의 내경보다 작은 내경을 갖는 제 2 유로를 형성하는 노즐을 추가로 구비하는 정전 도포 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 유로의 내경(D2)은 0.1 내지 0.5mm인 정전 도포 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 노즐이 전기 절연성인 정전 도포 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 공급부는 상기 통 형상 전극의 유로에 레지스트 용액을 공급하는 정전 도포 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 정전 도포 장치를 사용한, 액체의 도포 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 정전 도포 장치를 사용하고, 상기 전원으로부터 10kV 이하의 전압을 인가하는, 액체의 도포 방법.
KR1020147031006A 2012-05-14 2013-05-14 정전 도포 장치 및 액체의 도포 방법 KR101630639B1 (ko)

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