CN108253733B - 减压干燥装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的减压干燥方法包括步骤：将待处理对象装载到干燥室；关闭干燥室；将干燥气体提供到干燥室，同时通过低于大气压的第一减压压力第一次将干燥室内部排气和减压；当清洗溶液完全被凝结在待处理对象表面的干燥气体替代时，停止提供干燥气体；第二次将干燥室的内部排气和减压；停止第二次排气和减压步骤，并将空气或惰性气体提供到干燥室；从干燥室卸载待处理对象。

Description

减压干燥装置和方法
技术领域
本发明涉及一种减压干燥装置和方法，用于在制造LCD玻璃基板或半导体晶圆的过程中清洁和干燥待处理对象(诸如掩模)。
背景技术
随着先进的信息社会行业的快速发展，信息的高速传输能够与文本、声音、图片之类的信息相互作用，而不受时间和地点的限制。
信息传输的媒介已经演变为CRT的起点，并且CRT被诸如LCD、PDP、LED、UHD、OLED等的大型平板显示器(其能够满足这种高功能和高速的移动通信终端)和诸如PDA和网络平板(Web Pads)的小显示器快速地取代。显示器市场由于便利性而根据需求的大幅增长而持续发展。
在平板显示器的高质量和低功耗的基础上，各种应用市场变得更加活跃，并且，尤其，OLED(有机发光二极管)已经作为在LCD和PDP之后的下一代显示器而被强调。
在伊士曼柯达(Eastman Kodak)的Tang首次开发出能够高亮度发光的多层有机材料之后，OLED已经在技术上发展至今。
由于OLED具有在亮度、对比度、响应时间、色域、能见度等方面出色的图像质量以及简单的制造工艺的一些优点，OLED已经被视为理想的显示器。
然而，由于生命周期短，产量低等，OLED商业化受挫，并且由于与LCD相关的技术已经取得了快速进展，使得对市场进入的要求变得相当窄，因此商业化被延迟。
近年来，随着全球显示器行业解决了技术问题的重要部分，韩国、日本和台湾的一些制造商开始批量生产。
OLED是自发光显示设备，其中，通过阴极和阳极注入有机层的空穴和电子重组形成辐射激发态或激发子，并且当激发子返回到稳定状态时产生的能量变为光。
OLED最简单的结构由用于注入电子的阴极、用于注入空穴的阳极和用于发光的有机层组成。OLED还包括用于辅助注入和输送电子和空穴的功能层，以便重组载体并提高发光性能。
用于形成有机层的技术包括使用掩模的沉积技术，诸如精细金属掩模(FMM)、使用激光的图案化技术、使用液体基油墨材料的印刷技术等。
在上述技术中，由于在选择性地掩蔽基板的处理中有机物质沉积在掩模的表面，因此使用掩模的沉积技术在每到设定数量的处理时需要冲洗或清洁掩模的关键处理。
掩模通常浸入清洗溶液中，诸如去离子水(DIW)，或通过喷洒清洗溶液的空间，以便清洁掩模。
然而，在前者的情况下，存在由于清洗溶液在表面上过量存在而在掩模的表面上形成水渍的问题。因此，需要在除去清洗溶液的同时干燥掩模的处理。
根据常规的干燥方法，将待处理对象浸入装有液化异丙醇(IPA)的容器中，使得存在于表面上的DIW溶解在溶剂中。此后，将待处理对象从容器中取出，通过使用空气刀或类似物使存在于表面的溶剂在大气中蒸发，或者将IPA凝结在待处理对象的表面，使得清洗溶液溶解于溶剂中，然后，使现有的溶剂蒸发，从而将其干燥。
参照图1，现将描述干燥处理的一个典型示例。
IPA在大气压下通过加热器4煮沸，以在室3中产生饱和IPA蒸汽2。IPA在大气压下的沸点为82.5℃。
处于室温的待处理对象1(例如，掩模)暴露在饱和IPA蒸汽2中。
由于温差，IPA蒸汽凝结在待处理对象的表面，从而形成IPA膜。
由于DIW的表面张力降低，混合有液化IPA的DIW 5滴入室中。
此外，由于IPA凝结以及DIW溶解并由IPA替代，因此表面上DIW的浓度降低，并且IPA的浓度升高。
最终，表面完全被IPA占据，待处理对象的温度升至82.5℃，该温度是IPA蒸汽的温度。
现有的IPA通过空气刀或在类似物蒸发，如此，干燥处理结束。
如上所述，如果采用传统的干燥处理，待处理对象的温度上升至干燥溶液(即IPA)的沸点。
此外，由于IPA被煮沸，因此除了大大增加IPA的量之外，没有可能的办法。由于IPA被滴下的DIW稀释，因此IPA应定期更换，从而增加了处理成本。
另外，还有另一个缺点，由于大量的IPA在高温下被煮沸，因此发生火灾的风险很高。
在诸如精细金属掩模(FMM)的待处理对象的情况下，处理温度上升至60℃或更高，可能发生热变形或类似的情况。
在某些情况下，使用非易燃溶剂，诸如氢氟醚(HFE)。然而，缺点在于其价格高于含酒精的物质，处理成本增加。此外，由于HFE不与水混合，因此其可以用于使用碳氢化合物(HC)作为清洗溶液的处理或设备，但不适用于使用水基清洗溶液的冲洗处理。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，并且本发明的目的在于提供一种用于在亚大气压条件下干燥掩模的减压干燥方法和装置，其没有火灾或泄露干燥气体的风险，并且不用担心待处理对象遭受热变形。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种减压干燥方法，包括以下步骤：将待处理对象装载到干燥室中，其中，清洗溶液存在于待处理对象的表面；关闭干燥室；将干燥气体提供到干燥室中以将干燥气体凝结到待处理对象表面，同时通过低于大气压的第一减压压力第一次将干燥室内部排气和减压，使得清洗溶液能够溶解并被凝结的干燥气体替代；当清洗溶液完全被凝结在待处理对象表面的干燥气体替代时，停止提供干燥气体；通过低于第一减压压力的第二减压压力第二次将干燥室的内部排气和减压；停止第二次排气和减压步骤，并将空气或惰性气体提供到干燥室，使干燥室内部恢复大气压；以及从干燥室卸载待处理对象。
根据本发明的另一个方面，提供了一种减压干燥方法，包括以下步骤：将待处理对象装载到干燥室中，其中，清洗溶液存在于待处理对象的表面；关闭干燥室；将干燥气体提供到干燥室中以将干燥气体凝结到待处理对象表面，同时，通过低于大气压的第一减压压力第一次将干燥室内部排气和减压，使得清洗溶液能够溶解并被凝结的干燥气体替代；当清洗溶液完全被凝结在待处理对象表面的干燥气体替代时，停止提供干燥气体；在将加热的惰性气体提供到干燥室的同时，第二次将干燥室内部排气和减压；停止第二次排气和减压步骤，并将空气或惰性气体提供到干燥室，使干燥室内部恢复大气压；以及从干燥室卸载待处理对象。
优选地，干燥气体的最高温度被设为低于或等于待处理对象的最高允许温度T_max。
优选地，在期望的干燥温度下，干燥室的内部压力保持低于或等于用于干燥气体的液体的饱和蒸汽压。
优选地，通过第二次排气和减压步骤，将干燥室减压至零大气压。
优选地，通过第二次排气和减压步骤，将干燥室保持在高于或等于第一次排气和减压步骤的压力。
优选地，在第二次排气和减压步骤中提供的惰性气体的温度低于或等于待处理对象的最高允许温度T_max。
优选地，用于干燥气体的液体是异丙醇(IPA)，并且当将干燥气体提供到干燥室时，干燥室中的处理温度被设置在55℃至60℃的范围内。
根据本发明的另一个方面，提供了一种减压干燥装置，包括：干燥室，具有开口；排气/减压单元，连接到干燥室以对干燥室减压；蒸发单元，被配置为蒸发用于干燥气体的液体并将其提供到干燥室；以及排出气提供单元，连接至干燥室。
优选地，在干燥室的壁上，干燥室设有辅助加热单元。
优选地，排出气提供单元设有排出气加热部。
优选地，排气/减压单元具有第一减压部，连接到干燥室，以将干燥室的内部压力降低到超过零大气压的第一减压压力，以及第二减压部，连接到第一减压部，以进一步降低内部压力。
优选地，冷凝器设于干燥室和第一减压单元之间，或第一减压单元和第二减压单元之间，以液化和排放干燥气体。
优选地，排出管连接到干燥室或冷凝器的下部。
本发明的上述配置，由于在干燥室关闭后，蒸发的干燥气体被提供至干燥室，干燥气体没有泄露至大气。
此外，由于干燥室的内部压力保持在低于大气压的降低的压力，易燃溶剂泄露导致的火灾风险显著减少。
清洗溶液以这样的方式溶解并被凝结的干燥气体替代：用于干燥气体的高纯度液体蒸发并凝结到待处理对象的表面，从而在使用液化干燥气体的情况下，防止诸如颗粒的杂质漂浮在液体中或被待处理对象重新吸收。
用于替代干燥的用于干燥气体的液体从干燥室的下部向外排放，并且高杂质干燥气体重新用于每个待处理对象，从而防止由于用于干燥气体的液体浓度降低导致不良干燥的发生。
与现有技术相比，该现有技术是为了防止由于用于干燥气体的液体的稀释而导致不良干燥，以预设的时间间隔排放废弃的用于干燥气体的液体并提供新的用于干燥气体的液体，可以显著减少用于干燥气体的液体的量。
如果待处理对象是例如对热变形敏感的精细金属掩模(FMM)，其需要在低温处理(低于或等于60℃)。用于干燥气体的液体的沸点由于减压而降低，因而使用相对于正常压力的低温饱和蒸汽，从而防止待处理对象的热变形。
另外，由于能够通过测量干燥室的排气速度和到达真空度的时间来估计待处理对象的干燥状态，因此可以通过防止不良干燥和优化干燥时间来提高生产效率。
附图说明
图1示出了根据现有技术的干燥过程的示例的视图。
图2示出了根据本发明的第一实施例的减压干燥方法的流程图。
图3示出了根据本发明的第一实施例的减压干燥方法的视图。
图4示出了根据本发明的第二实施例的减压干燥方法的流程图。
图5示出了根据本发明的第二实施例的减压干燥方法的视图。
图6示出了根据本发明的减压干燥装置的视图。
具体实施方式
现将参照附图描述根据本发明的优选实施例的减压干燥方法和装置。
图2至5示出了根据本发明的减压干燥方法。
实施例1(减压干燥方法)
如图2和3所示，根据本发明第一实施例的减压干燥方法包括：步骤S1，将待处理对象100装载到上部开口的干燥室200，其中，清洗溶液存在于待处理对象100的表面；步骤S2，关闭干燥室200的顶门210以密封干燥室200；步骤S3，将干燥气体提供到干燥室以将干燥气体凝结到待处理对象100表面，使得清洗溶液溶解在干燥气体的凝结液中，同时通过低于大气压的第一减压压力将干燥室200内部排气和减压；步骤S4，当清洗溶液完全被凝结在待处理对象100表面的干燥气体替代时，停止提供干燥气体；步骤S5，通过低于第一减压压力的第二减压压力将干燥室内部排气和减压；步骤S6，停止第二次排气和减压步骤，并将空气或惰性气体400提供到干燥室200，使干燥室的内部恢复大气压；以及步骤S7，打开干燥室200的顶门210，以从干燥室200卸载待处理对象100。
在附图中，IPA用作干燥气体，氮气(N2)用作惰性气体。此外，在制造显示器或半导体的处理中使用的掩模用作待处理对象100。
现在将详细描述每个步骤的特征。
首先，将表面上存在清洗溶液的待处理对象100装载到干燥室200(步骤S1)。
为此，待处理对象100能够通过打开的顶门210被插入干燥室。
然后，在待处理对象100被装载其中之后，干燥室200通过顶门密封(步骤S2)。因此，提供到干燥室200的干燥气体不会泄露到外部，从而确保安全。
例如，异丙醇(IPA)的蒸汽可以用作干燥气体，并且，液化的IPA可以用作用于干燥气体的液体。
当然，可以使用其他种类的干燥气体，但本实施例将以IPA为基础进行描述。
在通过低于大气压的第一减压压力将干燥室200内部排气和减压的状态下，干燥气体被提供到干燥室，以将干燥气体凝结在待处理对象100表面，使得清洗溶液被干燥气体替代(即，清洗溶液溶解并且被凝结的干燥气体替代)(步骤S3)。
由于清洗溶液的表面张力降低，溶解于凝结的干燥气体的清洗溶液滴入干燥室200。
在这种情况下，由于干燥室200的内部保持在第一减压状态，因此干燥气体即使在低于大气压下干燥气体的沸点的温度下也能够保持在沸腾状态，从而防止干燥气体自身凝结。
由于干燥气体和待处理对象100之间的温差ΔT很大，并且干燥气体300在相应温度下接近饱和蒸气压，因此干燥气体300容易凝结在待处理对象100表面。
如果待处理对象是精细金属掩模(FMM)，在温度上升至高于或等于60℃时将会发生热变形或类似情况。因此，干燥气体的最高温度应保持在55℃至60℃(T_max)的范围内。
考虑到干燥气体在待处理物100的表面凝结，干燥气体的最低温度优选地高于室温。
由于温差ΔT很大有利于干燥气体的凝结和溶解，因此干燥气体的温度优选地设置为待处理对象100的最高允许温度T_max。
由于干燥气体的处理温度低于现有技术的82.5℃，因此应当限制温差ΔT。因此，优选地在近似饱和蒸气压下有效地生产干燥气体。
具体地说，由于干燥气体的饱和蒸气压仅与温度成比例，因此在大气压状态或减压状态下，在用于干燥气体的液体的表面附近，饱和蒸气压恒定。然而，由于压力低，扩展速度增加，从而加速了干燥气体的产生。此外，产生的干燥气体有效地传送到干燥室和待处理对象表面。其结果是，优选地在减压状态下蒸发用于干燥气体的液体。
也就是说，如果压力降低到低于或等于在相应温度下用于干燥气体的液体的饱和蒸气压，则用于干燥气体的液体将会沸腾，从而与液体仅从表面蒸发的状态相比，提高了蒸发效率。
例如，在IPA的情况下，其在1个大气压下于82.5℃沸腾，但在0.3个大气压下于温度55℃沸腾。
由于即使处于干燥处理，干燥室200的压力也保持在低于1个大气压的减压状态，因此易燃溶剂火灾和泄露的风险显著降低。
具体来说，大部分管道以及干燥室200被减压，但仅用于提供用于干燥气体的液体的单元和最终真空泵的后端(参见图6)处于大气压或更高的压力下，从而显著降低了火灾风险。
清洗溶液以这样的方式溶解在凝结的干燥气体中：用于干燥气体的高纯度液体蒸发并凝结到待处理对象100的表面，从而防止诸如颗粒的杂质漂浮在液体中或被待处理对象重新吸收，该现象会发生在将待处理对象浸入用于干燥气体的液体的常规方法中。
然后，当清洗溶液完全被凝结在待处理对象100表面的干燥气体替代时，停止提供干燥气体(步骤S4)。
此后，通过低于第一减压压力的第二减压压力将干燥室的内部排气和减压(步骤S5)。
通过第二次排气和减压步骤，通过例如真空泵将干燥室排气至几乎处于真空状态的零大气压，使得用于替代干燥的存在于待处理对象100表面的干燥气体完全排放到外部。
因此，高杂质干燥气体被重新用于每个待处理对象，从而防止由于用于干燥气体的液体的浓度降低而导致不良干燥的发生。
与现有技术相比，该现有技术是为了防止由于用于干燥气体的液体的稀释或颗粒的吸收而导致不良干燥，以预设的时间间隔排放废弃的用于干燥气体的液体并提供新的用于干燥气体的液体，可以显著减少用于干燥气体的液体的量。
然后，第二次排气和减压步骤停止，并且将没有经过化学反应的空气或惰性气体400提供到干燥室200，使干燥室的内部恢复大气压(步骤S6)。
在这种情况下，优选使用干净的干燥空气作为空气。
此外，惰性气体包括氮气(N2)、氩气(Ar)等，并将基于成本选择一种惰性气体。
最后，打开干燥室200的顶门210，以从干燥室200卸载待处理对象100(步骤S7)。
实施例2(减压干燥方法)
图4和5示出了根据本发明的第二实施例的减压干燥方法的配置。
第二实施例的步骤S1’至S4’基本等同于图2和3所示的第一实施例的步骤S1至S4。
因此，在此省略步骤S1’至S4’的描述。
在加热的惰性气体提供到干燥室200的同时，通过低于第一减压压力的第二减压压力将干燥室的内部排气和减压(步骤S5’)。
在提供惰性气体的同时，实施第二次排气和减压步骤，从而减少由现有溶剂的化学反应引起的不稳定性，并进行稳定的排气。
惰性气体包括氮气(N2)、氩气(Ar)等，并将基于成本选择一种惰性气体。
优选地，通过保持待提供的惰性气体的温度低于或等于待处理对象100的最高允许温度T_max，防止待处理对象100发生热变形。
例如，在IPA用作干燥气体的情况下，惰性气体的温度优选地设置在55℃至60℃的范围。
通过第二次排气和减压步骤，干燥室保持在高于或等于第一次排气和减压步骤的压力(例如，0.3个大气压)，使得在后续处理中，当干燥室恢复到大气压时，排出气的提供时间能够被减少。
终究，待处理对象100(即FMM)在惰性气体的温度和压力范围内不会遭受热变形，从而防止现有干燥气体凝结。
因此，高杂质干燥气体重新被用于每个待处理对象，从而防止由于用于干燥气体的液体浓度降低而导致不良干燥的发生。
与现有技术相比，该现有技术是为了防止由于用于干燥气体的液体的稀释或颗粒的吸收而导致不良干燥，以预设的时间间隔排出废弃的用于干燥气体的液体并提供新的用于干燥气体的液体，可以显著减少用于干燥气体的液体的量。
然后，第二次排气和减压步骤停止，并且将没有经过化学反应的空气或惰性气体400提供到干燥室200，使干燥室内部恢复大气压(步骤S6’)。
在这种情况下，优选使用干净的干燥空气作为空气。
此外，惰性气体包括氮气(N2)、氩气(Ar)等，并将基于成本选择一种惰性气体。
最后，打开干燥室200的顶门210，以从干燥室200卸载待处理对象100(步骤S7’)。
实施例(减压干燥装置)
参照图3和6，现将描述根据本发明的能够实现减压干燥方法的减压干燥装置。
如图所示，根据本发明的减压干燥装置1000包括：干燥室200，具有用于装载或卸载待处理对象100的开口；排气/减压单元500，连接到干燥室200以对干燥室200内部减压；蒸发单元600，被配置为蒸发用于干燥气体的液体并将其提供到干燥室200；以及排出气提供单元700，连接到干燥室200。
具体来说，干燥室200被配置为接收并干燥待处理对象100，并具有可拆卸地接合到开口的顶门210，当干燥室关闭时，用于保持干燥室内部在大气压下或低于大气压。
排气/减压单元500连接到干燥室200以将干燥室200的内部压力降低至低于或等于大气压，并且具有连接到干燥室的用于将内部压力降低至高于零大气压的第一减压压力的第一减压部510，和连接到第一减压部510的用于进一步降低内部压力的第二减压部520。
第一减压部510被配置为当干燥气体凝结在待处理对象100的表面时将干燥气体300提供到干燥室200以将内部压力降低到低于大气压。
第一减压部510配备有压力调节阀530，并且干燥室200配备有压力传感器540，使得干燥室的内部压力在处理温度精确地保持低于或等于干燥气体的饱和蒸气压，从而提高蒸发效率。
蒸发单元600被配置为蒸发用于干燥气体的液体并将其提供到干燥室200。具体地，蒸发单元在高于室温的温度下加热用于干燥气体的液体，诸如IPA或类似物，以蒸发该液体并将其提供到干燥室200。
具体地，蒸发单元600能够将蒸发的干燥气体提供到干燥室，同时保持干燥气体的温度低于或等于待处理对象100(诸如，掩模)的不引起热变形的最高允许温度T_max(例如，在FMM的情况下是大约60℃)以防止待处理对象100热变形。
在干燥室200中，由蒸发单元600提供的干燥气体凝结在保持在相对低温的待处理对象100表面，使得清洗溶液(诸如DIW)能够被溶解和替代。
排出气提供单元700连接到干燥室200以将空气或惰性气体提供到干燥室200。
具体地，当干燥气体凝结在待处理对象100的表面时，在减压状态下，排出气提供单元700将加热的惰性气体(例如，氮气N2)提供到干燥室200，或在清洗溶液溶解并被凝结的干燥气体替代之后将空气或惰性气体(例如，氮气N2)提供到干燥室200，从而在干燥室中形成大气压。
为此，排出气提供单元700可以设有排出气加热部710，用于加热惰性气体。
此外，在干燥室的壁上，干燥室200可以设有辅助加热单元220。
辅助加热单元220最小化凝结在干燥室的壁上的用于干燥气体的液体的量，从而提高干燥气体的效率并在干燥室200中保持温和的大气压。
冷凝器550设于干燥室200和第一减压单元510之间，或第一减压单元510和第二减压单元520之间，以液化和排放干燥气体。冷凝器550通过设在冷凝器中的冷却单元冷却并液化蒸发的干燥气体的蒸汽，以减轻引入第一减压单元510或第二减压单元520的蒸汽的负荷。
排出管560连接到干燥室200或冷凝器550的下部，以排放用于干燥气体的液体以实现丢弃或循环的目的。
以此同时，通过控制干燥室200的内部压力、干燥气体的供给量、减压步骤的速度和蒸发单元600的温度，可以确定待处理对象100的干燥状态，或可以控制干燥处理。
虽然已经参照特别说明性实施例描述了本发明，但是本发明不受实施例的限制，而是仅由所附权利要求限制。应当理解，本领域技术人员能够在不脱离本发明的范围和精神的情况下改变或修改实施例。
国家R&D项目支持本发明如下。
[项目编号]10062356
[政府部门]贸易、工业和能源部
[科研管理的专门机构]韩国工业技术评价研究院
[研究业务名称]优秀技术研究中心项目
[研究项目标题]为了减少超过90％的挥发性溶剂使用的用于6G AMOLED的FMMASK的复合清洗处理技术的开发
[贡献率]1/1
[主要机构]DEVICEENG Co.,LTD.
[研究期间]2016.05.01～2019.04.30

Claims (1)

1.一种减压干燥方法，包括以下步骤：
将待处理对象装载到干燥室中，其中，清洗溶液存在于待处理对象的表面；
关闭干燥室；
将异丙醇蒸汽提供到干燥室中以将异丙醇蒸汽凝结到待处理对象表面，同时通过低于大气压的第一减压压力第一次将干燥室内部排气和减压并使干燥室内部维持0.3个大气压且55℃至60℃的温度范围，使得清洗溶液能够溶解并被凝结的异丙醇蒸汽替代；
当清洗溶液完全被凝结在待处理对象表面的异丙醇蒸汽替代时，停止提供异丙醇蒸汽；
通过低于第一减压压力的零大气压第二次将干燥室的内部排气和减压，使得存在于待处理对象表面的异丙醇蒸汽完全排放到外部；
停止第二次排气和减压步骤，并将空气或惰性气体提供到干燥室，使干燥室内部恢复大气压；以及
从干燥室卸载待处理对象。
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