KR100528286B1 - 기판 세정장치 및 세정방법 - Google Patents

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최유찬
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Abstract

본 발명은 디스플레이 소자 등의 제조공정 중 기판을 세정하는 기판 세정방법 및 그 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전리오존수를 사용하여 기판을 세정하는 기판 세정방법 및 그 세정장치에 관한 것이다.
본 발명은, 로딩(loading)부, 세정부, 언로딩(unloading)부로 이루어지는 기판 세정장치에 있어서, 상기 세정부는, 상기 로딩부와 인접하게 배치되며, 상기 기판에 전리오존수를 분사하여 세정시키는 전리오존수 세정수단; 상기 전리오존수 세정수단과 인접하게 배치되며, 초순수(Deionized Water)를 사용하여 상기 기판을 헹구는 린싱(rinsing) 수단; 상기 린싱 수단에 인접하게 배치되며, 상기 기판을 건조시키는 건조 수단; 및 상기 로딩부, 세정부, 언로딩부 순으로 상기 기판을 이송시키는 기판 이송수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치를 제공한다.

Description

기판 세정장치 및 세정방법{APPARATUS FOR CLEANING A SUBSTRATE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 소자 등의 제조공정 중 기판을 세정하는 기판 세정방법 및 그 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전리오존수를 사용하여 기판을 세정하는 기판 세정방법 및 그 세정장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 디스펠링, 반도체, PCB, LD, LED 등의 제조공정에 적용가능하다.
일반적으로 디스플레이(display) 기판에는 LCD에 이용되는 유리기판, PDP에 이용되는 유리기판, 그리고 유기EL에 이용되는 플라스틱 종류의 기판 등 여러가지가 있다.
최근에는 디스플레이 기판의 수요가 증가되면서 디스플레이 기판의 기능을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 특히 90년대 이후 디스플레이 기판에 대한 연구는 대면적화, 광 시야각화 등에 중점을 두고 진행되고 있으며, 이런 경향은 향후에도 지속될 것이다.
디스플레이 기판 생산 공정은 크게 디스플레이 기판 패널 자체를 생산하는 Cell 공정과 완성된 패널을 완제품으로 조립하는 Module 공정으로 분류된다.
Cell 공정에서는 원 기판 상에 세정, 증착, 식각 과정의 반복을 통해 특정한 패턴을 생성하여 기판을 제조한다. 생성된 기판의 증착패턴이 디스플레이 기판의 핵심을 이루는 미세 공정의 결과물이기 때문에, 상기 Cell 공정의 각 세부 공정 단계마다 기판 상의 이물질 입자를 배제시키기 위한 세정공정이 필요하다.
한편 Module 공정은 완성된 기판 패널을 하나의 디스플레이 모듈로 생산하는 공정이다. 즉, 디스플레이 기판에 구동 드라이버 IC 등을 형성시키는 공정 등을 거치며 디스플레이 모듈을 완성하는 것이다.
전술한 바와 같이, 디스플레이 기판의 제조공정 중 각 세부 공정들 사이에는 필수적으로 기판에 대한 세정공정이 필요한데, 이 세정공정은 디스플레이 기판 생산수율의 향상을 좌우하는 중요한 공정이다. 현재 사용되는 세정공정은 상기와 같이 디스플레이 기판 제작 각 단계마다 사용되고 있으며, 전체적으로 여러 번 반복해서 수행된다.
종래의 기판 세정공정에서 사용되는 세정액은 일반적으로 DIW(Deionized Water)가 사용되거나 계면활성제 등의 화학약품이 첨가되어 사용되기도 한다.
상기 화학약품의 주된 세정대상은, 디스플레이 기판에서 단선이나 단락(Short Circuit), Leak의 원인이 되는 커렛이나 입자이거나, 박막의 부착력 저하를 가져오는 유지 등과 같은 유기물, Contact성을 손상시키는 자연 산화 막 등이다.
만약 세정공정에서 이러한 오염물질들의 세정제거가 충분히 이루어지지 않으면 Array 기판 상의 Pattern 결함이나 Transistor 소자의 동작 불량이 자주 발생하여 Array 기판의 수율을 저하시킨다.
따라서 각각의 세정 목적에 맞는 세정 방법, 세정 설비나 세정 공정을 선정하는 것이 매우 중요하다.
종래의 세정공정은 1차로 Chemical을 이용하여 Particle 및 금속불순물을 제거하고, 2차로 잔류 Chemical을 제거하기 위해 DIW를 이용한 Rinse공정을 거쳐서, 3차로 유기물을 제거하기 위한 UV 공정으로 이루어진다.
이러한 종래의 세정공정은 도 1에 도시된 바와 같은 세정장치를 이용하여 이루어진다. 도 1에서 알 수 있듯이 종래의 세정장치(1)는, 로더(10), UV클리너(20), 초순수 린싱기(30), 롤 브러쉬기(40), 캐비테이션 제트기(50), 초음파 세정기(60), 최종린싱기(70), 건조기(80), 언로더(90) 등, 매우 복잡한 구조의 장치가 길게 연결되어 있으며, 여러 단계를 거치면서 세정 작업이 이루어진다. 또한 세정 과정에서 화학 약품을 사용하고 있다.
그러나 상기 각 공정에서 소요되는 비용이 막대한 것이 문제이며, 특히 저온 Poly-Si TFT를 이용하는 디스플레이기판의 경우는 반도체 수준의 미세한 세정이 요구되므로 개선된 세정 기술의 개발이 절실히 필요한 실정이다.
또한 실제 공정에서 기판 위에 SiO2 성막을 도포 하거나, Poly-Si층을 도포 할 때, 또는 도포 후 Laser 열처리, Lithography시 존재하는 Radical은 박막간의 물리, 화학적 결합을 방해하며, 생산수율을 감소시키는 요인이 된다.
이를 제거하기 위해서 사용되고 있는 화학적, 물리적 세정은 박막의 결정학적 결합과 잔류 이온들을 생성시켜 그 성능을 저하시키고, 이는 또 다른 생산수율 감소의 원인이 된다.
따라서 환경친화적이면서도 이온을 생성시키지 않는 새로운 세정법인 전리수(Electrolyzed Water, EW)를 이용한 습식세정법의 도입이 요구된다.
최근 환경보호와 낮은 제조비용의 요구에 따라 화학물질 소비의 감소는 점점 중요한 문제로 거론되고 있다. 이러한 환경의 변화에 따라 종전의 액체 세정 과정에서 오염물질 제거능력을 유지하면서 화학물질 농도의 감소와 새로운 세정용매의 개발이 요구되고 있다.
따라서 1990년경부터 새로운 기능을 추가하고 세정공정 저비용화를 목적으로 하는 여러 가지 물리적인 세정[초음파세정(Ultrasonic cleaning)], 습식세정 및 건식세정이 제시되고 있다.
이러한 세정방법 중 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydro-oxide)라는 화학약품을 사용하는 세정법이 있으며, 현재는 상기 화학약품에 초순수와 물리적인 세정을 함께 적용시켜 세정하는 방법이 많이 사용되고 있다.
상기 세정방법은 그 세정기능이 점점 향상되고 있는 반면, 상기 세정방법을 디스플레이 기판 양산 제조공정 전체에 적용하는데 있어서는 매우 방대한 양의 초순수가 사용되는 문제나, 세정기능, 세정 공정의 Running Cost 문제 또는 세정 후 발생하는 폐수처리 등의 문제점이 남아 있다.
또한 현재 사용되고 있는 TFT-LCD기판 표면처리에서는 많은 종류의 화학약품이 대량으로 사용되고 있어서 화학약품의 비용, 후처리 비용, 작업자의 안전, 환경공해 유발 등 문제점을 항상 내포하고 있다. 즉, 세정 공정에서 사용되는 수많은 종류의 화학 약품 및 다량의 용수로 인하여 폐수 및 폐기물이 다량 발생되므로 상기 문제점인 비용 증가, 작업자의 안전 문제, 공해 유발 등의 문제가 발생한다.
따라서 발생된 오염 물질의 처리보다도 오염물질을 아예 발생시키지 않도록 하여야 한다는 관점에서 오염물질이 발생하지 않는 새로운 세정 공정의 개발이 강력히 요구되고 있다. 미국은 이미 오염물질 발생규제를 위한 구체적인 행동에 착수하였으며, SEMATECH을 통한 정부와 기업간 공동 연구 노력을 경주하여 상당한 수준의 해결점에 도달하여 있는 상태이다. 일본 역시 통산성의 협조로 공동 개발 사업 추진을 활발히 진행하고 있으며, 현재 화학 약품 및 담수 사용의 50% 정도 이상의 재사용율을 보이고 있다.
국내 업계도 미약하지만 자료 및 데이터를 검토하고 기초 연구를 추진하고 있으나, 재료 및 장비 업체의 기술적 열세로 외국에 크게 의존하고 있다. 그나마 현 공정 최적화를 통한 소극적인 대응을 하고 있는 상황에 있다. 즉, 국내 업체는 제조 공정 과정에서 발생하는 오염 물질의 배출을 완화시키기 위한 대체 기술 개발 및 공정 개선 기술 개발이 거의 전무한 현실이다.
본 발명의 목적은 화학약품을 거의 사용하지 않아서 친환경적이며, 공정의 단순화로 인한 비용절감으로 경제성이 높은 기판 세정방법 및 세정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 한번 세정에 사용된 물을 재사용함으로써 초순수의 사용량을 현저히 줄일 수 있는 기판의 세정방법 및 세정장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 로딩(loading)부, 세정부, 언로딩(unloading)부로 이루어지는 기판 세정장치에 있어서, 상기 세정부는, 상기 로딩부와 인접하게 배치되며, 상기 기판에 전리오존수를 분사하여 세정시키는 전리오존수 세정수단; 상기 전리오존수 세정수단과 인접하게 배치되며, 초순수(Deionized Water)를 사용하여 상기 기판을 헹구는 린싱(rinsing) 수단; 상기 린싱 수단에 인접하게 배치되며, 상기 기판을 건조시키는 건조 수단; 및 상기 로딩부, 세정부, 언로딩부 순으로 상기 기판을 이송시키는 기판 이송수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치를 제공한다.
이때 전리오존수 세정수단은, 오존을 발생시키고, 상기 오존을 물에 용해시켜 오존수를 생성하는 오존수 발생부; 초순수를 전기분해하여 전리수를 생성하는 전리수 발생부; 상기 오존수 발생부에서 생성되는 오존수와 상기 전리수 발생부에서 생성되는 전리수를 혼합, 교반하여 전리오존수를 생성하는 교반부; 상기 전리오존수를 기판에 분사하는 분사부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은,
1) 기판에 전리오존수를 분사하여 기판을 세정하는 단계;
2) 상기 기판에 초순수를 분사하여 기판을 헹구는 단계;
3) 상기 기판에 공기를 고압으로 분사하여 기판을 건조시키는 단계;를
포함하는 기판 세정방법을 제공한다.
여기서, 상기 1) 단계는,
a) 오존을 발생시키고, 그 오존을 초순수에 용해시켜 오존수를 발생시키는 오존수 발생단계;
b) 초순수를 전기 분해시켜 전리수를 발생시키는 전리수 발생단계;
c) 상기 오존수와 전리수를 혼합, 교반시켜 전리오존수를 발생시키는 단계;
d) 상기 전리오존수를 상기 기판에 분사시켜 세정시키는 세정단계;의 세부 단계로 구성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
< 실시예 1 >
본 실시예에 따른 기판 세정장치(100)는 로딩(loading)부, 세정부, 언로딩(unloading)부로 이루어진다.
여기에서 로딩부(110)는 세정부에 세정공정이 진행될 디스플레이 기판(S)을 연속적으로 제공하는 역할을 하는 구성요소이다. 이 로딩부(110)에는 외부로 부터 디스플레이 기판(S)을 공급받아 이송시키는 이송수단(도면에 미도시)이 마련되어 있어서, 공급받은 디스플레이 기판을 세정부로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 이 이송수단을 롤러로 구성하며, 이송과정에서 디스플레이 기판과의 접촉면적을 최소화하여 기판의 오염을 방지하기 위하여, 하나의 회전축에 소정 간격으로 이격되어 바퀴형상의 롤러가 다수개 마련되는 구조로 롤러를 마련한다.
다음으로 언로딩부(120)는 세정부에 의하여 세정공정이 완료된 디스플레이 기판(S)을 외부로 배출시키는 역할을 하는 구성요소이다. 이 언로딩부(120)에도 로딩부(110)와 마찬가지로 디스플레이 기판을 이송시킬 수 있는 이송수단(도면에 미도시)이 마련된다. 이 언로딩부에 의하여 외부로 이송되는 디스플레이 기판은 외부에 마련되는 기판 적재장치(예를 들면, 카세트(cassette))에 적재된다.
다음으로 세정부는 디스플레이 기판 표면의 오염을 제거하기 위하여 세정작업을 진행하는 구성요소로서, 전리오존수 세정수단(130); 린싱 수단(140); 건조 수단(150); 이송 수단(R);을 포함하여 구성된다.
여기에서 전리오존수 세정수단(130)은, 상기 로딩부(110)와 인접하게 배치되며, 로딩부(110)에서 공급되는 디스플레이 기판(S)에 전리오존수를 분사하여 기판을 세정하는 구성요소이다. 특히, 본 실시예에서 이 전리오존수 세정수단(130)은 종래의 세정장치에 있어서 화학약품을 사용하여 세정하던 공정을 대체하는 중요한 구성요소이다. 이 전리오존수 세정수단(130)은, 오존수 발생부(132); 전리수 발생부(134); 교반부(136); 분사부(138);의 세부구성요소로 이루어진다.
여기서 오존수 발생부(132)는 공기중에서 방전현상을 일으켜서 오존을 발생시키고, 그 오존이 물에 용해되어 오존수가 발생되도록 하는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 오존수 발생부(132)를 산소 속에서 코로나 방전을 유발시키는 방전기(도면에 미도시)와, 상기 방전기에서 발생된 오존과 산소를 물속에 전달하는 기체 분산기(도면에 미도시)로 구성한다. 따라서 방전기에서 발생된 오존이 기체 분산기를 통해 물속으로 작은 기체방울 형태로 방출되고, 이 오존 분자들이 물속으로 용해되어 오존수가 생성되는 것이다.
다음으로 전리수 발생부(134)는 물을 전기 분해하여 전리수를 생성하는 구성요소이다. 본 실시예에서는 초순수(Deionized Water, DIW)를 전기 분해한 후, 이온 교환막을 이용하여 수소이온(H+) 및 산화능력을 가지는 이온과 수산화 이온(OH-) 및 환원능력을 가지는 이온이 포함된 물로 분리시킨다. 전리수는 미량의 화학 약품을 첨가하거나, 화학약품의 첨가가 없어도 매우 넓은 범위의 pH 및 ORP(Oxidation Reduction Potential)를 갖는다. 따라서 본 실시예에서는 이러한 전리수를 이용하여 세정도를 최적화하므로 디스플레이 기판 제조의 생산성이 향상되는 것이며, 환경 친화적인 기술인 것이다. 그리고 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, Cathode Cell(134a)에서 얻어지는 전리수와 Anode Cell(134b)에서 얻어지는 전리수를 각각 별도로 활성화하고, 분사시켜 세정력을 극대화시킨다.
다음으로 교반부(136)는 오존수 발생부(132)에서 발생되는 오존수와 전리수 발생부(134)에서 발생되는 전리수를 혼합하여 전리오존수를 발생시키는 구성요소이다.
다음으로 분사부(138)는 전리오존수를 디스플레이 기판(S) 상으로 분사시키는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 분사부(138)를 여러가지 형태로 구성한다.
우선 이 분사부를, 전리오존수를 물분자 크기로 분해하여 디스플레이 기판에 분사시키는 원자화(atomizing) 노즐로 구성한다. 이 원자화 노즐은 전리오존수를 거의 분자크기 정도로 분해하여 고속으로 분사시킨다. 따라서 디스플레이 기판에 부착되어 있는 매우 작은 크기의 파티클 제거에 적합하다. 매우 작은 크기의 파티클은 일반적인 노즐에 의하여 분사되는 물방울에 의해서는 힘이 분산되어 제거되지 않는다. 그러므로 이러한 파티클과 동일하거나 작은 크기 정도의 물방울을 이용하여 충격을 가해야 이 파티클이 디스플레이 기판에서 이탈될 수 있는 것이다.
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그리고 이 전리오존수 세정수단(130)에는, 상기 디스플레이 기판을 고정시킨 채로 회전시키는 기판 탑재대(139)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 기판 탑재대(139)는 전리오존수를 분사하며 기판을 세정하는 동안에, 디스플레이 기판(S)을 그 상부에 고정시킨 채로 고속으로 회전하여 기판을 회전시킨다. 이렇게 기판을 고속으로 회전시키고, 전리오존수를 그 회전방향과 마주보는 방향으로 분사시키면, 기판과 만나는 전리오존수의 상대속도는 더 커져서 기판에 부착되어 있는 파티클이 받는 충격량이 증가한다. 따라서 기판에 대한 세정효과가 증가된다.
이때 본 실시예에서는 기판 탑재대(139)에 디스플레이 기판(S)을 고정시키기 위하여 진공흡착력을 이용한다. 즉, 기판 탑재대의 탑재면에 진공홀을 다수개 형성시키고 그 진공홀을 진공펌프에 연결시키고, 이 진공홀을 통하여 기체를 흡입하면 그 상부에 탑재되는 기판이 탑재대에 강하게 고정되는 것이다.
또한 기판 탑재대의 외주부에 디스플레이 기판의 측부와 결합하여 고정시킬 수 있는 그랩(grab)을 형성시키고, 그 그랩을 이용하여 기판을 기판 탑재대에 고정시킬 수도 있다. 이 경우에는 기계적으로 기판을 기판 탑재대에 고정시키는 것이다.
그리고 이 전리오존수 세정수단(130)에는 세정수 재사용부(131)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 세정수 재사용부(131)는 세정공정에 사용된 세정수를 회수하고, 여과하여 전리수 발생부(134) 및 오존수 발생부(132)에 공급하는 구성요소이다. 이때 본 실시예에 따른 디스플레이 기판 세정장치(100)에서는 원수로 초순수를 사용하므로 세정수를 여과하는 과정에서는 매우 미세한 파티클을 제거할 수 있는 필터사용 공정 및 이온들을 제거할 수 있는 탈이온화 공정 등도 수행될 수 있는 여과장치를 사용하여야 한다.
다음으로 린싱(rinsing) 수단(140)은 상기 전리오존수 세정수단(130)과 인접하게 배치되며, 전리오존수를 이용한 세정과정에서 기판 표면에 남아 있을 수 있는 오염물질 등을 씻어내는 헹굼작업을 하는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 린싱 수단(140)에 초순수(Deionized Water)를 사용한다.
다음으로 건조 수단(150)은, 상기 린싱 수단(140)에 인접하게 배치되며, 린싱 수단(140)에 의하여 분사된 초순수를 제거하여 디스플레이 기판을 건조시키는 구성요소이다. 즉, 세정처리된 디스플레이 기판(S)에 고압의 공기를 분사하여 기판 표면의 수분을 제거하는 건조 수단을 더 마련하는 것이다. 따라서 세정과정을 거친 기판을 신속하게 건조시켜 즉시 다른 공정에 적용할 수 있어서 전체적인 공정시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에서는 이 건조 수단(150)을, 도 6에 도시된 바와 같이, 고압의 공기를 분사하여 상기 디스플레이 기판의 일면을 건조시키는 적어도 하나의 에어 나이프(air knife)로 구성한다. 이때 이 에어 나이프는 도 6a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 기판(S)이 통과하는 상측 및 하측에 각각 마련되어 기판의 상면 및 하면을 동시에 건조시킬 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다. 또한 도 6b에 도시된 바와 같이, 하나의 에어 나이프를 마련하는 것이 아니라 2개 이상의 에어 나이프를 중첩되게 마련하여 보다 완벽한 기판 건조 작업을 수행할 수도 있다.
그리고 이러한 에어 나이프는 도 6c에 도시된 바와 같이, 기판에 대하여 사선방향으로 이동하면서 건조단계를 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 경우에 따라서는 세정처리된 기판(S)에 남아 있는 정전기를 제거하기 위한 이오나이저(ionizer, 도면에 미도시)가 더 마련되어 세정 공정이 처리된 기판에서 정전기를 완전히 제거하여 다음 공정 처리에 적합하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 이 세정부에도 상기 로딩부(110), 언로딩부(120)에서와 마찬가지로 상기 디스플레이 기판(S)을 이송시킬 수 있는 이송수단(R)이 마련된다. 이 이송수단(R)은 세정부의 각 구성수단으로 디스플레이 기판을 이송시키면서 공정을 진행하고, 최종적으로 디스플레이 기판을 언로딩부(120)로 이송시킨다.
또한 본 실시예에 따른 디스플레이 기판 세정장치(100)에는 상기 전리오존수 세정수단(130)과 린싱 수단(140) 사이에 초음파 세정수단(160)이 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 초음파 세정수단(160)은 디스플레이 기판 표면에 초음파를 주사하여 오염물을 제거하는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 초음파 세정수단(160)을 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 전달판(162)과 초음파 발생부(164)로 구성한다. 우선 초음파 발생부(164)에서 1 ~ 5MHz의 주파수를 가지는 음파를 발생시키도록 한다. 일반적으로 초음파(ultrasonic)라고 하면, 사람이 들을 수 없는 주파수 대역인 20 ~ 1000KHz 정도의 주파수를 가지는 음파를 말하지만, 본 실시예에서는 이 주파수보다 높은 주파수 대역의 음파를 사용한다. 즉, megasonic이라고 말하는 1 ~ 5 MHz의 주파수를 가지는 음파를 사용하며, 강력한 에너지를 가지는 음파를 사용하여 기판 상의 불순물을 제거하는 것이다. 물론 필요에 따라서는 이보다 낮은 주파수 대역의 초음파를 발생시켜 사용할 수도 있다. 왜냐하면 특정한 유리기판의 경우 수 MHz 의 음파를 주사할 경우 파손되는 경우가 있으므로 이러한 손상을 방지하기 위하여 필요에 따라 발생되는 음파의 주파수를 변경시킬 수 있도록 형성시키는 것이다. 그리고 초음파 전달판(162)은 초음파 발생부(164)에서 발생한 초음파를 디스플레이 기판 표면에 전달하는 구성요소이다. 이때 초음파를 전달하기 위하여 매질로 물을 사용하는데, 본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(S)과 초음파 전달판(162)을 수 mm 거리로 접근시키고 그 사이에 초순수를 주입하여 기판과 초음파 전달판 사이에 물(W)이 개재되도록 한다. 그리고, 초음파 발생부(164)를 구동시켜 초음파를 발생시키면 초음파 전달판(162)이 디스플레이 기판(S)의 모든 면에 골고루 초음파를 전달하는 것이다.
또한 본 실시예에 따른 디스플레이 기판 세정장치(100)에는, 상기 로딩부(110)와 전리오존수 세정수단(130) 사이에 플라즈마 세정수단(170)이 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 플라즈마 세정수단(170)은, 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 디스플레이 기판(S)의 유기 오염물을 제거하는 구성요소이다. 따라서 이 플라즈마 세정수단(170)은 종래의 세정장치에 마련되는 UV 클리너를 대신하는 구성요소이다.
이러한 플라즈마 세정수단(170)은 도 8에 도시된 바와 같이, 전극부(172), 돌출형 방열판(174), 원료가스 공급부(176), 플라즈마 배출구(178), 흡배기부(179)를 포함하여 구성된다. 우선 상기 플라즈마 세정수단(170)은 도 8에 도시된 바와 같이 중앙 부분에 전극부(172), 원료가스 공급부(176), 플라즈마 배출구(178)가 형성되는 공간이 구비되고, 그 좌우측에 돌출형 방열판(174) 및 흡배기부(179)가 각각 형성되는 분리된 공간이 구비되어, 크게 세 공간으로 구분된다.
먼저 상기 전극부(172)는 전극 3개를 플라즈마 세정수단(170)의 중앙부분에 일정한 간격으로 이격시켜서 나란하게 배열하여 구비된다. 다음으로 상기 돌출형 방열판(174)은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전극 중 외측의 전극(172a, 172c)과 접촉하여 구비된다. 상기 전극(172a, 172b, 172c)의 상부에는 원료가스 임시 저장용기(1176a), 상기 원료가스 임시 저장용기(176a) 중간부에 구비되어 공급되는 플라즈마 연료가스를 균일하게 확산시키는 원료가스 확산 부재(1176b) 및 상기 원료가스 임시 저장용기(176a) 상부 소정부위에 형성되는 원료가스 공급구(176c)로 구성되는 원료가스 공급부(176)가 구비된다. 다음으로 상기 전극(172a, 172b, 172c)의 하부에는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전극 사이의 공간에서 발생된 플라즈마가 배출되는 통로인 플라즈마 배출구(178)가 구비된다. 마지막으로 상기 흡배기부(179)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 원료가스 공급부(176), 전극부(172) 및 플라즈마 배출구(178)가 형성된 공간의 좌우측의 분리된 공간에 각각 구비되며, 그 상부에는 외부와 연결되는 제1 가스 통로(179a)가 형성되고, 그 하부에는 외부와 연결되는 제2 가스통로(179b)가 형성된다.
< 실시예 2 >
이하에서는 본 실시예에 따른 디스플레이 기판 세정방법을 설명한다.
먼저 디스플레이 기판을 세정부에 공급하는 디스플레이 기판 로딩 단계(S110)가 진행된다.
또한 본 실시예에 따른 디스플레이 기판 세정방법에는 롤 브러쉬 세정 단계(S120)가 더 수행되는 것이 바람직하다. 이 단계는, 기판 표면에 부착되어 있는 비교적 사이즈가 큰 파티클을 제거하기 위한 것으로서, 기판 표면을 롤 브러쉬를 이용하여 긁어 줌으로써 파티클을 제거하는 단계이다.
다음으로 플라즈마 세정단계(S130)가 진행되는 것이 바람직하다. 즉, 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 디스플레이 기판 표면의 유기 오염물을 제거하는 단계가 진행되는 것이다. 이 단계는 종래의 세정방법에 있어서, UV 클리닝 공정을 대신하는 단계이다.
다음으로 디스플레이 기판에 전리오존수를 분사하여 세정하는 단계(S140)가 진행된다. 이 단계는, 전리수 발생단계; 오존수 발생단계; 전리오존수 발생단계; 세정단계;의 세부 단계로 구성된다.
이 세부 단계를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선 전리수 발생 단계가 진행된다. 이 단계는 전리수 생성부를 이용하여 전리수를 생성하는 과정이다. 전리수는 초순수를 전기 분해한 후, 이온교환막을 이용하여 H+ 및 산화능력을 갖거나 OH- 및 환원능력을 갖는 종류의 이온화된 물로 분리시킨 것이다. 따라서, 전리수는 미량의 화학 약품을 첨가하거나, 화학약품의 첨가 없이도 매우 넓은 범위의 pH 및 ORP(Oxidation Reduction Potnetial)를 갖는다. 따라서 본 발명은 상기 전리수를 이용하여 세정도를 최적화하므로 디스플레이 기판 제조의 생산성이 향상되고 환경 친화적인 기술인 것이다.
또한 전리수는 디스플레이 기판 세정시 각 공정에 요구되는 pH 및 산화환원력을 가지므로 강력한 세정력을 갖게 된다. 또한 전리수의 분자가 만든 H+ 및 OH-가 통상의 물에 비해 적기 때문에 표면장력이 작다. 따라서 작은 미세홀 등에도 침입이 쉬워 기존방법 보다 미세 부분까지 세정시킬 수 있는 장점이 있다.
그러므로 디스플레이 기판의 집적도를 높일 수 있고, 세정효과도 향상시킬 수 있는 것이다.
다음으로는 오존수 발생 단계가 진행된다. 이 단계는 오존수 발생부를 이용하여 오존수를 발생시키는 과정이다. 오존은 통상적으로 산소 속에서 전기방전에 의하여 발생한다. 오존 발생장치는 이미 여러 종류가 개발되어 시중에 출시되어 있다. 그러나 종래의 오존 발생 장치는 고가이며 부피가 큰 문제점이 있다. 종래의 오존 발생 방법 중 대표적인 것이 유전체 장벽 방전법인데, 유전체 장벽 방전은 코로나 방전의 일종이다. 즉, 유전체 장벽 방전은 유전체를 전극사이에 넣고 교류방전을 일으키는 방법을 말한다. 유전체 장벽 방전에서 전극사이의 유전체는 아크방전이 일어나는 것을 방지하여 교류방전이 계속되도록 한다.
본 실시예에서는 오준수 발생방법을 두가지로 개시한다.
첫번째 방법은 다음과 같다. 이 방법은 산소속에서 오존을 발생시키는 방법으로, 산소 속에서 유발된 코로나 방전은 다량의 오존을 발생시킨다. 이렇게 발생된 오존은 방전기에 부착된 배기관을 통하여 물속에 있는 기체 분산기로 전달되며, 오존과 산소분자들은 상기 분산기를 통하여 작은 기체방울로 물속에 방출된다. 이때 오존 분자들은 물속으로 용해되고 오존수가 생성되는 것이다.
또 하나의 방법은 다음과 같다. 방전을 물 표면에서 직접 수행하는 것이다. 이 방법을 수행하는 오존수 발생장치는 고전압 전원이 철망전극에 연결되고 상기 철망 전극 밑에 저항체를 부착한 구조이다. 상기 오존수 발생장치에서 산소가 물 표면과 저항체의 밑 표면사이로 지나가게 되면 저항체를 통한 철망전극과 어스된 물 표면사이에 코로나 방전이 발생된다. 이 코로나 방전에 의하여 산소가 분해되고 오존이 합성된다. 이렇게 발생된 오존은 물에 용해되고 오존수가 생성되는 것이다. 이때 저항체 밑에 있는 물이 계속 흐르게 하여 농도가 짙은 오존수를 발생시킬 수 있으며, 많은 양의 오존수를 발생시킬 수 있다.
또한 본 실시예에 의한 오존수에는 물속에 오존가스가 용해되어 있기 때문에 강력한 산화력 및 살균력을 지니며 대기 중으로 유출되는 오존 가스가 거의 없어 인체에 무해하다. 또한 2차 오염물질이 전혀 없어 환경 친화적이다.
따라서 본 실시예에 의하여 웨이퍼 표면에 흡착되어 반도체 소자 또는 디스플레이 기판의 성능을 저해하는 유기물질을 제거하기 위한 UV 공정을 대체할 뿐만 아니라 그 동안 처리하기 어려웠던 각종 산업장비의 세척, 병원 세탁물 살균 소독, 잔류 농약 제거 등을 오존수를 통해 간단히 해결할 수 있다.
다음으로는 전리오존수 발생 단계가 진행된다. 이 단계는, 교반부를 이용하여 상기 전리수 발생부와 상기 오존수 발생부에 의하여 발생된 전리수와 오존수를 혼합, 교반하여 전리오존수를 발생시키는 것이다. 즉, 상기 전리수 발생부의 Cathode cell에서 발생한 알카리수와 오존수를 혼합하고, 상기 전리수 발생부의 Anode cell에서 발생한 산성수를 혼합한다. 그리고, 각 혼합액을 교반부를 이용하여 교반시켜서 각 전리수별로 전리오존수를 생성시킨다.
다음으로는 전리오존수 분사 단계가 진행된다. 이 단계는 전리오존수를 세정작업이 필요한 디스플레이 기판에 분사하여 기판 상에 존재하는 오염물질을 세정하는 공정이다. 즉, 상기 전리오존수를 분사부를 이용하여 기판(S) 표면에 분사하여 오염물을 세정하는 공정이다. 이때 상기 전리오존수는 분사부에 설치되어 있는 분사 노즐을 통하여 분사되는데, 상기 분사노즐의 홀은 지름이 0.5㎜ 내지 3㎜ 정도인 것이 바람직하다.
또한 상기 분사 노즐은 노즐 끝단과 기판(S) 표면과의 간격이 2 내지 13㎜ 정도로 조정하고, 분사노즐의 중심선과 상기 디스플레이 기판(S)이 이루는 각도를 90°내지 85°가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
전리오존수 중 알카리수와 오존수를 혼합하여 생성된 것은 Particle 및 금속 불순물 제거 공정에서 화학약품(Chemical)을 대체하는 역할을 수행한다.
또한 산성수와 오존수를 혼합하여 생성된 것은 세정공정 중 기판 표면에 흡착되어 디스플레이 기판의 성능을 저해하는 유기물질을 제거하기 위한 UV공정을 대체하는 역할을 수행한다.
또한 본 실시예에서는 전리오존수를 분자 크기로 분해하여 분사시키는 것이 바람직하다. 기판에 부착되어 있는 매우 미세한 파티클을 제거하기 위해서는 작은 물방울로 충격을 가하는 것이 유리하기 때문이다.
다음으로 본 실시예에 따른 디스플레이 기판 세정방법에는, 전리오존수 분사단계 수행 후에, 세정에 사용된 전리오존수를 회수하고 여과하여 재사용하는 재사용 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다. 이 단계는 전리오존수 분사단계에서 기판(S) 표면의 세정에 사용된 전리오존수를 회수하여 여과하고, 다시 상기 전리수 발생단계와 오존수 발생단계에서 재사용하도록 하는 공정이다.
한 번 사용된 전리오존수는 전해질과 오존성분이 세정과정에서 세정작용을 수행하면서 거의 모두 소비되어 원래의 초순수와 유사한 성분이 된다. 그러나 회수된 전리오존수에는 세정과정에서 발생한 오염물질과 각종 이물질이 포함되어 있어서 그대로 재사용할 수는 없다. 따라서 회수된 전리오존수는 여과장치를 이용하여 여과한 다음 전리수 발생단계와 오존수 발생단계에서 다시 사용할 수 있도록 하는 것이다. 이때 상기 전리수 발생단계와 오존수 발생단계에서는 매우 순도가 높은 초순수를 사용하므로 상기 여과과정은 미세한 particle을 제거할 수 있는 필터를 사용하는 과정과 이온들을 제거할 수 있는 탈이온화 과정도 수행될 수 있는 여과장치를 이용한다.
다만, 이미 사용되었던 전리오존수를 재사용하지 않고 배출하는 경우, 본 실시예에서는 세정 후 발생되는 폐수(산성수 및 알카리수)를 혼합하여도 염이 발생하지 않고, 혼합시 중성의 용수가 되므로 별도의 처리 없이 자연배수가 가능하다. 따라서 본 실시예는 매우 환경친화적인 기술인 것이다.
다음으로 초음파 세정단계(S150)가 더 수행되는 것이 바람직하다. 이 단계는 상기 디스플레이 기판 상에 초음파를 주사하여 디스플레이 기판을 세정하는 단계이다. 본 실시예에서는 1 ~ 5 MHz의 초음파를 상기 디스플레이 기판에 주사하여 세정한다. 그러나 특정한 경우에는 이 정도의 주파수로 기판 또는 그 상부면에 형성되어 있는 소자가 손상될 수 있으므로, 이 보다 낮은 주파수를 가지는 초음파를 사용하여 기판을 세정할 수도 있다. 따라서 본 실시예에서는 다양한 주파수를 가지는 초음파를 이용하여 기판을 세정할 수 있도록 한다.
다음으로는 기판에 초순수를 분사하여 세정과정에서 남아 있는 액체와 파티클 등을 제거하는 린싱 단계(S160)가 진행된다. 이 단계는 초순수를 디스플레이 기판에 분사시켜 기판에 남아 있는 이물질을 제거하는 헹굼단계이다.
다음으로는 건조 단계(S170)가 진행된다. 이 단계는 디스플레이 기판에 고압으로 공기를 분사하여 디스플레이 기판을 건조시키는 단계이다. 본 실시예에서는 기판의 양면에 동시에 공기를 분사하여 양면을 동시에 건조시킨다.
마지막으로 언로딩 단계(S180)가 진행된다. 이 단계는, 세정부로 부터 디스플레이 기판을 연속적으로 전달받아서 적재대에 적재시키는 단계이다.
본 발명에 의한 전리오존수는 초순수(DIW, Deionized Water)를 전기분해 시켜 생성된 세정수로서 화학약품을 거의 사용하지 않을 뿐만 아니라 초순수 역시도 종래의 방법보다 적게 사용한다.
따라서 본 발명은 화학약품의 첨가 없이도 매우 넓은 범위의 pH 및 ORP(Oxidation Reduction Potnetial)를 가지는 세정수를 사용하므로 세정도를 최적화하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 환경친화적 세정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면 전리수의 사용으로 인하여 화학약품의 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 불량도를 현저히 감소시킴으로써 경제적인 비용의 절감 효과도 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의한 세정방법은 디스플레이기판 세정시 각 공정에서 요구되는 pH 및 산화환원력을 세정수에 부여하여 세정력을 갖게 할 수 있다. 특히, 전리수(EW)의 분자가 만든 H+ 및 OH- 를 통상의 물에 비해 작기 때문에 표면장력이 작은 미세홀 중에도 침입이 쉽다. 따라서 종래의 기술보다 미세 부분까지 세정시킬 수 있고, 디스플레이기판의 집적도를 높일 수 있다.
또한 본 발명에 의한 세정방법은 수차례 반복되는 세정공정의 수를 감소시킴으로서 공정의 단순화 및 초순수의 사용량도 억제할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 세정방법은 세정에 사용된 물을 재 순환시켜 사용하므로 초순수의 사용량을 현저히 줄일 수 있다. 따라서 디스플레이기판 생산공정에서 환경 오염발생을 줄여 산업환경문제를 근원적으로 해결함으로써 각 선진국에서의 환경규제에 원천적으로 대응할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 오존수 발생장치는 저비용의 고효율 장비로서 상용전원을 이용해서 어디서나 자유롭게 사용할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다. 따라서 경제적이기 때문에 영세 농가나 중소기업에서도 큰 경제적 부담 없이 널리 사용할 수 있다.
도 1은 종래의 기판 세정장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정장치 개념도 이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전리오존수 세정수단의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분사부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 탑재대의 구조를 나타내는 부분사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건조 수단의 각 실시예의 구조를 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정수단의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 세정수단의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정방법의 공정을 나타내는 공정도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 종래의 세정장치
100 : 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정장치
10, 110 : 로딩부 90, 120 : 언로딩부
30 : 초순수 링싱기 40 : 롤 브러싱기
50 : 케비테이션 제트기 60 : 초음파 세정기
70 : 최종 린싱기 80 : 건조기
130 : 전리오존수 세정수단 140 : 린싱 수단
150 : 본 발명의 실시예에 따른 건조 수단
160 : 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정수단
170 : 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 세정수단
S : 디스플레이 기판 R : 이송수단(롤러)

Claims (24)

  1. 로딩(loading)부, 세정부, 언로딩(unloading)부로 이루어지는 기판 세정장치에 있어서,
    상기 세정부는,
    상기 로딩부와 인접하게 배치되며, 상기 기판에 전리오존수를 분사하여 세정시키는 전리오존수 세정수단;
    상기 전리오존수 세정수단과 인접하게 배치되며, 초순수(Deionized Water)를 사용하여 상기 기판을 헹구는 린싱(rinsing) 수단;
    상기 린싱 수단에 인접하게 배치되며, 상기 기판을 건조시키는 건조 수단; 및
    상기 로딩부, 세정부, 언로딩부 순으로 상기 기판을 이송시키는 기판 이송수단; 을
    포함하여 구성되되,
    상기 전리오존수 세정수단은,
    상기 기판을 고정시킨 채로, 회전시키는 기판 탑재대;
    오존을 발생시키고, 상기 오존을 물에 용해시켜 오존수를 생성하는 오존수 발생부;
    초순수를 전기분해하여 전리수를 생성하는 전리수 발생부;
    상기 오존수 발생부에서 생성되는 오존수와 상기 전리수 발생부에서 생성되는 전리수를 혼합, 교반하여 전리오존수를 생성하는 교반부;
    상기 전리오존수를 물분자 크기로 분해하여 상기 기판에 분사시키는 원자화(atomizing) 노즐;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
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  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판 탑재대는,
    진공 흡착력으로 상기 기판을 고정시키는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 탑재대는,
    상기 기판을 기판 탑재대에 고정시키는 그랩(grab)을 사용하여 상기 기판을 고정시키는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전리오존수 세정수단에는,
    이미 세정에 사용된 전리오존수를 회수하고, 여과하여 오존수 발생부 또는 전리수 발생부에 공급하는 세정수 재사용부가 더 마련된는 것을 특징으로 하는 디스플레이 기판 세정장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 건조 수단은,
    고압의 공기를 분사하여 상기 기판의 일면을 건조시키는 적어도 하나의 에어 나이프(air knife)인 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 에어 나이프는,
    상기 기판의 상면 및 하면을 동시에 건조시킬 수 있도록, 상기 기판이 통과하는 부분의 상측 및 하측에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전리오존수 세정수단과 린싱 수단 사이에 배치되며, 초음파를 이용하여 상기 기판 표면의 오염물을 제거하는 초음파 세정수단이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 초음파 세정수단은,
    1 ~ 5 MHz 의 주파수를 가지는 음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 로딩부와 전리오존수 세정수단 사이에 배치되며, 대기압 플라즈마를 이용하여 상기 기판의 유기 오염물을 제거하는 플라즈마 세정수단이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 세정장치.
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