KR20050079863A - 스핀 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스핀 코팅 장치에 관한 것으로서, 하부면에 적어도 하나의 배기구를 구비한 케이스; 상기 케이스와 분리가능하게 결합되어, 피가공제품을 코팅할 수 있는 내부공간을 제공하는 커버부; 상기 내부공간에 설치되며, 코팅하고자 하는 상기 피가공제품이 장착되는 회전 척; 상기 회전 척과 결합되어 기판을 소망하는 속도로 회전가능하게 하는 구동부; 및 상기 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하는 적어도 하나의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스핀 코팅 장치{Apparatus for spin coating}
본 발명은 스핀 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판상에 적하되는 코팅액의 잔여 약액이 고형화로 인해 분진 입자로 되어 상기 기판을 열화시키는 현상을 방지하는 스핀 코팅 장치에 관한 것이다.
통상적으로 스핀 코팅 장치는 기판상에 포토 레지스터와 같은 코팅액을 적하하고, 기판을 흡착하고 있는 회전 척을 고속으로 회전시켜서 균일한 두께의 코팅층을 형성시키는 장치를 말한다. 이러한 코팅 방법은 기판상에 코팅액을 디핑(deeping)하는 방법이나, 스프레이하는 방법이나, 굴리는 방법에 비하여 코팅층의 두께를 소망하는 스펙에 정밀하게 맞추는데 매우 용이하다.
이러한, 소망하는 두께의 코팅층을 얻기 위해서는 몇가지 변수의 조절이 필요한데, 이중에서도 가장 중요한 것은 코팅액의 점도와 최종 스핀속도를 들 수 있다. 보통 포토 레지스터의 경우에는 0.6 마이크로미터에서 수 마이크로미터의 두께를 가지는데, 포토 레지스터의 점도는 100 내지 1500 rpm의 스핀 속도에서 얻을 수 있다. 그리고, 스핀 속도에서 주의해야 할 점은 장치의 수명이다. 1000 rpm 이상에서는 스피너 모우터의 손상을 입기가 쉽다. 스핀 속도는 잘 관리해야 할 중요한 공정 변수중의 하나이다.
도 1은 이러한 종래의 스핀 코팅 장치(10)의 일 예를 도시한 측단면도이고 도 2는 그 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 장치(10)는 커버(11)와, 상기 커버(11)와 결합되는 케이스(12)를 포함한다. 상기 케이스(12) 내에는 기판(100)이 흡착되는 진공 회전 척(13)과, 상기 진공 회전 척(13)과 결합되는 회전축(14)과, 상기 회전축(14)을 회전시키는 회전 모우터(15)가 설치된다.
상기 기판(100)의 상방에는 내부 커버(16)와, 정류판(17)이 각각 설치되어 있다. 그리고, 상기 커버(11)의 소정부에는 외부로부터 공기가 유입되도록 통공이 형성되어 있고, 상기 통공에는 공기량을 조절할 수 있게 나사식으로 결합된 공기조절부(110)가 설치되어 있다. 또한, 상기 케이스(12)의 하부에는 유입된 코팅액 및 공기를 배출시키는 배기구(20) 및 배기로(19)가 복수개 형성되어 있다.
한편, 상기 기판(100)에 인접하게는 트레이 수단이 설치되는데, 상기 트레이수단은 트레이(120)와, 상기 트레이(120) 상에 결합되는 트레이 커버(130)를 포함한다.
이와 같은 구조를 가지는 종래의 스핀 코팅 장치(10)를 이용하여 기판(100) 상에 코팅액을 코팅시키는 방법은 다음과 같다.
우선 디스펜서(미도시)에 의하여 상기 기판(100) 상에 포토 레지스터와 같은 코팅액을 적하한다. 이때, 상기 회전 모우터(15)에 동력을 공급하여 상기 회전축(14)을 회전시키게 되면, 이와 결합된 진공 회전 척(13)도 공히 회전가능하다.
이처럼 진공 회전 척(13)의 회전으로 인하여 기판(100)이 회전하게 되면, 원심력에 의하여 액상의 물질이 분산되면서 상기 기판(100)의 전면에 코팅이 된다. 이렇게 코팅이 되면서 케이스(12) 내에 잔류하는 폐액은 상기 트레이(120)에 형성된 폐액 회수부(121)의 회수공(122)을 통하여 배출하게 된다. 이어서, 상기 배기로(19)를 통한 강제 배기로 회전시에 발생되는 불순물이 외부로 빠져나가게 된다.
그런데, 스핀 코팅 방식은 다른 코팅 방식에 비하여 버려지는 코팅액이 유입된 코팅액의 90% 이상을 차지하는 등 그 사용량이 매우 많음으로 인해, 잔여 코팅액이 건조되어 케이스의 하부면에서 고형화될 가능성이 높다. 잔여 코팅액이 고형화되면 미세한 분진 입자로 되어 코팅 중인 기판에 흡착되는 현상이 발생할 수 있는데, 이는 기판상의 박막 형성에 있어서 치명적인 결함을 유발하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 기판상에 적하되는 코팅액의 잔여 약액이 케이스의 하부면에서 고형화되는 것을 방지하는 스핀 코팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 기판상에 적하되는 코팅액이 분진 입자로 되어 기판을 열화시키는 현상을 방지하는 스핀 코팅 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
하부면에 적어도 하나의 배기구를 구비한 케이스;
상기 케이스와 분리가능하게 결합되어, 피가공제품을 코팅할 수 있는 내부공간을 제공하는 커버부;
상기 내부공간에 설치되며, 코팅하고자 하는 상기 피가공제품이 장착되는 회전 척;
상기 회전 척과 결합되어 기판을 소망하는 속도로 회전가능하게 하는 구동부; 및
상기 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하는 적어도 하나의 노즐을 포함하는 스핀 코팅 장치를 제공한다.
그리고, 상기 스핀 코팅 장치는 복수의 노즐을 포함하고, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 시계방향을 향해 상기 수용액을 분사할 수 있다. 이때, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 반시계방향을 향해 상기 수용액을 분사할 수도 있다.
한편, 상기 케이스는, 상기 케이스의 하부면에 상기 배기구와 연통되고 상기 케이스의 둘레에 따라 동심원의 형태로 파여진 홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스핀 코팅 장치는 복수의 노즐을 구비하고, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 홈과 연통된 상기 복수의 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하며, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 시계방향을 향해 상기 수용액을 분사할 수 있다. 이때, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 반시계방향을 향해 상기 수용액을 분사할 수도 있다.
한편, 상기 케이스는, 상기 케이스의 하부면에 상기 배기구와 연통되고 상기 케이스의 둘레에 따라 동심원의 형태로 파여지며 일측으로부터 타측을 향해 깊어지는 복수의 경사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스핀 코팅 장치는 복수의 노즐을 구비하고, 상기 복수의 경사부는 상기 회전 척을 중심으로 시계방향을 향해 경사가 깊어지고, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 복수의 경사부와 연통된 상기 복수의 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하며, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 시계방향을 향해 상기 수용액을 분사할 수 있다. 이때, 상기 복수의 경사부는 상기 회전 척을 중심으로 반시계방향을 향해 경사가 깊어지고, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 반시계방향을 향해 상기 수용액을 분사할 수도 있다. 또한, 복수의 배기구는 각각 상기 복수의 경사부 내에서 가장 깊은 곳에 배치될 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 스핀 코팅 장치를 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치(30)의 측단면도이고, 도 4는 그 분리 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 장치(30)는 외부로부터 먼지의 유입을 차단하는 커버(31)와, 상기 커버(31)와 결합되어 내부의 공간을 밀폐시키는 케이스(32)를 포함한다. 상기 내부 공간에는 중앙에 기판(300)이 진공으로 흡착되는 진공 회전 척(33)이 설치되고, 이 진공 회전 척(33)은 회전축(34)에 결합된다. 상기 회전축(34)은 이를 정회전 및 역회전시키는 회전 모우터(35)에 그 단부가 결합되어 있다.
상기 케이스(32)의 내부에는 상기 기판(300)의 상방으로 소정 간격 이격되게 내부 커버(36)와, 정류판(37)이 각각 지지되어 있다. 그리고, 상기 케이스(32)의 하부면에는 케이스(32)의 내부 공간에 머무르고 있는 먼지와 같은 이물질이나 공기를 배출하기 위한 통로를 제공하는 배기구(40) 및 배기로(39)가 복수개 설치된다. 상기 배기로(39)는 상호 연통되어 있다. 그리고, 상기 기판(300)에 인접하게는 상기 기판(300) 상에 놓여지는 포토 레지스터와 같은 액상의 물질들이 상기 회전 모우터(35)의 회전력으로 인하여 사방으로 튕겨져 나가는 것을 방지하기 위하여 트레이 수단이 설치된다.
한편, 케이스(32)의 하부면에는, 배기구(40)를 통하여 케이스(32)의 내부에 수용액을 분사하는 노즐(45)이 설치되어 있다. 노즐(45)은 하나 또는 그 이상이 설치될 수 있다. 각 노즐(45)은 배기로(39)를 통하여 이어지는 배관(46)과 연결되어 있다. 노즐(45)이 복수개 설치되는 경우에는, 각각 회전 척(34)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향을 향해 수용액을 분사하도록 노즐(45)의 분사방향을 일치시키는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치(30)의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 진공 회전 척(33) 상부에 코팅하고자 하는 기판(300)을 장착한다. 상기 기판(300)은 진공으로 상기 진공 회전 척(33)에 흡착되어 있다. 그리고, 상기 진공 회전 척(33)은 소정부에 회전축(34)이 결합되어 있고, 이 회전축(34)의 단부는 회전 모우터(35)에 연결되어 있어서, 상기 모우터(35)의 회전력으로 상기 진공 회전 척(33)의 회전이 가능하다. 이에 따라, 상기 기판(300) 또한 회전하게 된다.
다음으로, 포토 레지스터와 같은 액상의 물질을 분사시킬 수 있는 수단인 디스펜스(미도시)등을 이용하여 액상의 물질을 상기 기판(300)의 중앙부에 소정량 적하한다. 이때, 상기 진공 회전 척(33)이 정지되어 있을 수도 있고, 그렇지 않으면, 저속으로 회전할 수도 있다. 바람직하게는 상기 진공 회전 척(33)이 저속으로 회전하는 것이 분산에 유리하다고 할 수 있을 것이다.
이렇게, 상기 진공 회전 척(33)이 회전하게 되면, 기판(300) 상에 적하된 액상의 물질은 원심력에 의하여 상기 기판(300)의 중앙부로부터 바깥쪽으로 분산하게 되고, 결과적으로 상기 기판(300)의 표면에 피막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
상기 커버(31)와 케이스(32)의 결합으로 생긴 내부 공간에는 회전시에 발생하는 액상 물질의 먼지등과 같은 미립자가 포함된 공기는 강제 배기를 통하여 상기 배기로(38)를 통하여 배출된다.
이러한 일련의 과정에서, 상기 기판(300) 상의 액상의 물질은 기판(300) 상에 도포가 되면서 남은 액상 물질은 상기 트레이 커버(330)의 벽으로 분산된다. 이때, 상기 트레이 커버(330)는 상기 트레이(320)상에 결합되어 있다.
그러므로, 기판(300)의 원심력으로 튕겨져 나가는 잔류 액상의 물질(예를 들어, 잔여 코팅액)은 상기 트레이 커버(330)의 벽면을 타고 흘러 내려서, 상기 트레이(320)의 원둘레측에서 배출되며, 배출된 잔류 액상의 물질은 케이스(32)의 하부면에 모인다. 그리고, 케이스(32)의 하부면에서 잔류 액상의 물질은 배기구(40)를 통하여 배기로(39)를 향해 배출된다.
그런데, 잔류 액상의 물질이 건조되어 고형화된 경우에, 모우터(35)의 가속 또는 감속에 의한 진동이나 케이스(32) 내부의 심한 공기 유동으로 인하여 고형화된 물질로부터 분진 입자가 발생하게 된다. 발생한 분진 입자는 스핀 코팅 중인 기판 등의 피가공제품에 흡착되는 경우 박막 형성에 있어서 치명적인 결함을 야기할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치(30)는 배기구(40)를 통하여 케이스(32)의 내부에 수용액을 분사하는 노즐(45)을 포함함으로써, 잔류 액상의 물질이 건조되는 것을 방지한다. 수용액은 잔류 액상의 물질이 건조되는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 성분으로 이루어진 것이라도 무방하다. 수용액의 공급은 정밀한 정량 제어가 요구되는 것은 아니므로, 통상적으로 사용되는 펌프 장치와 결합된 것을 사용할 수 있다. 노즐(45)은 통상적인 배관을 그대로 사용할 수도 있으나, 노즐(45)의 수량과 커버부(36)의 형상, 크기를 고려하여 설치하여야 하며, 분출되는 수용액의 압력이 높은 경우에는 고압에 견딜 수 있는 특수 노즐을 사용하는 것이 바람직하다. 노즐(45)과 연결된 배관(46)은 배기로(39) 내부에 설치될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치의 케이스(32)의 하부면을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치의 케이스(32)의 하부면을 도시한 사시도이다.
도 5의 실시예에서, 케이스(32)는, 그 하부면에 케이스(32)의 둘레에 따라 동심원의 형태로 파여진 홈(50)을 구비하고 있다. 홈(50)은 배기구(40)와 연통됨으로써, 홈에 모이는 잔여 코팅액을 모아 외부로 용이하게 배출할 수 있다.
여기서, 케이스(32)는 복수의 노즐(45)을 구비하고, 복수의 노즐은 각각 동심원의 홈(50)과 연통된 복수의 배기구(40)를 통하여 케이스(32)의 내부에 수용액을 분사한다. 그리고, 복수의 노즐(45)은 각각 회전 척(34)을 중심으로 시계방향또는 반시계방향을 향해 수용액을 분사하도록 분사방향을 일치시키는 것이 바람직하다.
도 6의 실시예에서, 케이스(32)는, 그 하부면에 배기구(40)와 연통되고 케이스(32)의 둘레에 따라 동심원의 형태로 파여진 복수의 경사부(55)를 구비하고 있다. 각각의 경사부(55)는 일측으로부터 타측을 향해 깊어지는 복수의 경사부(55)를 구비한다. 복수의 경사부(55)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 경사가 점점 깊어지는 것이 바람직하다. 도 6에서는 경사부(55)들이 반시계 방향으로 경사가 깊어지는 모습을 나타내고 있으며, 노즐(45)들도 반시계 방향으로 분사할 수 있도록 배열되어 있다. 그리고, 경사가 가장 깊은 위치에 배기구(40)가 배치되고, 배기구(40)를 통해 노즐(45)이 삽입되어 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 각 경사부(55) 중에서 가장 깊은 단부에 설치되어 있는 노즐(45)로부터 분사되는 수용액이 원활하게 인접한 경사부(55)를 향해 흐를 수 있다. 도 6에 도시된 케이스(32)의 하부면에서는, 수용액과 혼합된 잔류 액상 물질(예를 들어, 잔여 코팅액)이 고형화되지 않고 반시계방향으로 흘러가면서 원활하게 배출될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스핀 코팅 장치에 의하면, 스핀 코팅 장치의 케이스 하부면에 배치되어 있는 배기구를 통해, 코팅액의 잔여 약액이 고형화되는 것을 방지하는 수용액을 분사할 수 있다. 이로써, 기판상에 적하되는 코팅액 중 잔류 액상 물질이 분진 입자로 되어 기판을 열화시키는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 스핀 코팅 장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 종래의 스핀 코팅 장치를 도시한 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치를 도시한 분리사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치의 케이스의 하부면을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치의 케이스의 하부면을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11,31...커버 12...케이스
13,33...진공 회전 척 15,35...회전 모우터
18,38...배기로 19...공기 조절부
32...케이스 36...내부 커버
37...정류판 100,200...기판
120,320...트레이 130,330...트레이 커버

Claims (4)

  1. 하부면에 적어도 하나의 배기구를 구비한 케이스;
    상기 케이스와 분리가능하게 결합되어, 피가공제품을 코팅할 수 있는 내부공간을 제공하는 커버부;
    상기 내부공간에 설치되며, 코팅하고자 하는 상기 피가공제품이 장착되는 회전 척;
    상기 회전 척과 결합되어 기판을 소망하는 속도로 회전가능하게 하는 구동부; 및
    상기 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하는 적어도 하나의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 코팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 코팅 장치는 복수의 노즐을 포함하고, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 한 방향을 향해 상기 수용액을 분사하는 것을 특징으로 하는 스핀 코팅 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 코팅 장치는 복수의 노즐을 구비하고,
    상기 케이스는 상기 케이스의 하부면에 상기 배기구와 연통되고 상기 케이스의 둘레에 따라 동심원의 형태로 파여진 홈을 구비하며,
    상기 복수의 노즐은 각각 상기 홈과 연통된 상기 복수의 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하며, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 한 방향을 향해 상기 수용액을 분사하는 것을 특징으로 하는 스핀 코팅 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 코팅 장치는 복수의 노즐을 구비하며,
    상기 케이스는, 상기 케이스의 하부면에 상기 배기구와 연통되고 상기 케이스의 둘레에 따라 동심원의 형태로 파여지며 일측으로부터 타측을 향해 깊어지는 복수의 경사부를 구비하고,
    상기 복수의 경사부는 상기 회전 척을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 한 방향을 향해 경사가 깊어지고,
    상기 복수의 노즐은 각각 상기 복수의 경사부와 연통된 상기 복수의 배기구를 통하여 상기 케이스의 내부에 수용액을 분사하며, 상기 복수의 노즐은 각각 상기 회전 척을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 한 방향을 향해 상기 수용액을 분사하는 것을 특징으로 하는 스핀 코팅 장치.
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