KR100789451B1 - 기판의 세정 장치 및 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판의 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것으로, 통상적으로 적용되는 세정장비에 의해 세정이 실시된 기판의 진행방향에, 기판과 비접촉식으로 배치되는 자석 판과; 상기 자석 판과 소정거리 이격되어 기판과 비접촉식으로 배치되는 정전기 대전 판이 구비되는 기판의 세정 장치를 통해 통상적인 세정이 실시된 후에도 잔류하는 금속성 이물과 미세 파티클을 기판으로부터 제거함에 따라 제품의 불량률을 감소시켜 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 특히 금속성 미세 이물을 효과적으로 제거하여 화질 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

기판의 세정 장치 및 세정방법{APPARATUS FOR CLEANING SUBSTRATE AND METHOD THEREOF}

도1은 일반적인 세정장비를 블럭화한 예시도.

도2는 도1에 있어서, 순수 브러쉬 처리 과정을 보인 예시도.

도3a 내지 도3c는 도1에 있어서, 초음파 샤워 처리 과정의 순차적인 예시도.

도4은 본 발명의 제1실시예를 보인 예시도.

도5는 도4의 A-A'선을 따라 절단한 단면도.

도6는 도5에 있어서, 자석 판과 정전기 대전 판의 기판 스캐닝에 대한 일 예를 보인 예시도.

도7은 도5에 있어서, 자석 판과 정전기 대전 판의 기판 스캐닝에 대한 다른 예를 보인 예시도.

도8은 본 발명의 제2실시예를 보인 단면도.

도9은 본 발명의 제3실시예를 보인 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

30:기판 31:자석 판

32:정전기 대전 판

본 발명은 기판의 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판상에 통상적인 세정이 실시된 후에도 잔류하는 금속성 이물과 미세 파티클(Particle)을 효과적으로 제거할 수 있도록 한 기판의 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 하판과 상판이 대향하여 균일한 이격 갭(Gap)을 갖도록 합착되며, 그 하판과 상판 사이의 이격 갭에 액정이 채워진다.

이때, 상기 하판은 단위 화소가 유리기판 상에 매트릭스(Matrix) 형태로 배열되며, 그 단위 화소에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)와 화소전극이 구비된다.

또한, 상기 상판은 별도의 유리기판 상에 공통전극, RGB 컬러필터(Color Filter) 및 블랙 매트릭스(Black Matrix)가 패터닝된다.

상기한 바와같은 액정 표시장치는 하판에 형성된 화소전극과 상판에 형성된 공통전극 사이에 전계를 인가하여 단위 화소별로 액정의 배열을 변화시킴으로써, 빛을 통과시키거나 차단시켜 문자나 화상으로 이루어진 영상을 표현하게 된다.

이하, 액정 표시장치의 제작과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하판의 유리기판 상에 박막 트랜지스터, 화소전극 및 커패시터가 구비된 단위 화소를 매트릭스 형태로 형성한다.

그리고, 상판의 유리기판 상에 공통전극, 컬러필터 및 블랙 매트릭스를 패터닝한다.

그리고, 상기 하판과 상판에 각각 배향막을 형성한 다음 러빙(Rubbing)을 실시한다. 이때, 러빙은 천을 이용하여 균일한 압력과 속도로 배향막 표면과 마찰시킴으로써, 배향막 표면의 고분자 사슬이 일정한 방향으로 정렬되도록 하여 액정의 초기 배향방향을 결정하는 공정을 말한다.

그리고, 상기 상판 상에 실 패턴(Seal Pattern)을 인쇄한다. 이때, 실 패턴은 액정을 주입하기 위한 갭을 형성하고, 주입된 액정의 누설을 방지하는 2가지 기능을 하며, 주로 스크린 인쇄를 통해 열경화성 수지를 원하는 패턴으로 형성한다.

그리고, 상기 하판 상에 스페이서(Spacer)를 산포한다. 이때, 스페이서는 상판과 하판의 이격-갭을 정밀하고, 균일하게 유지하기 위해 사용되며, 따라서 하판 상에 균일한 밀도로 산포되어야 하며, 크게 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식산포와 스페이서만을 산포하는 건식산포로 나눌 수 있다.

그리고, 상기 상판과 하판을 합착한다. 이때, 상판과 하판의 합착을 위한 정렬은 상판과 하판의 설계과정에서 주어진 마진(Margin)에 의해 결정되는데 통상 수 ㎛ 정도의 정밀도가 요구되며, 이 마진을 벗어날 경우에는 빛이 새어 나오게 되어 액정 표시장치의 원하는 화질 특성을 기대할 수 없게 된다.

그리고, 상기 합착된 상판과 하판을 단위 패널로 절단한다. 이때, 액정 표시장치는 대면적의 유리기판에 다수개의 액정 패널을 동시에 형성하여 수율 향상을 도모하고 있으므로, 단위 패널로 절단하는 공정을 거치게 된다.

통상, 상기 단위 패널의 절단은 유리기판에 비해 경도가 높은 다이아몬드 재질의 휠(Wheel)로 기판 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(Scribe) 공정과 기계적 힘을 가해 절단하는 브레이크(Break) 공정으로 이루어진다.

그리고, 상기 절단된 단위 패널에 액정을 주입하고, 그 주입구를 밀봉한다.

일반적으로, 초기 액정 표시장치의 제조과정에서는 다수개의 액정 패널에 액정을 주입한 다음 단위 패널로 절단하였으나, 단위 패널의 크기가 증가함에 따라 단위 패널로 절단한 다음 액정을 주입하는 방식이 사용되고 있다.

상기 단위 패널은 수백 ㎠ 면적에 수 ㎛의 갭을 갖기 때문에 효과적으로 액정을 주입하기 위해서, 단위 패널 내외의 압력차를 이용한 진공 주입법이 가장 일반적으로 사용된다.

상기한 바와같은 액정 표시장치의 여러 제조과정에서는 금속성 이물, 미세 파티클 또는 기판 파편 등의 다양한 이물질들이 기판에 달라붙어 오염을 유발한다.

따라서, 상기 이물질에 의한 액정 표시장치의 불량을 감소시키기 위하여 액정 표시장치의 제조과정 중에 각 단계별로 기판의 세정공정이 추가된다.

상기 기판의 세정공정이 요구되는 단계를 살펴보면, 먼저 상기 하판 상에 박막 트랜지스터, 화소전극 및 커패시터가 구비된 단위 화소를 매트릭스 형태로 형성하는 공정 전후와, 상기 상판 및 하판에 각각 배향막을 형성하고, 러빙을 실시하는 공정 후와, 상기 합착된 상판과 하판을 절단하는 공정 후와, 그리고 단위 패널에 액정을 주입하고, 그 주입구를 밀봉하는 공정 후에 각각 기판의 세정공정이 추가되게 된다.

도1은 일반적인 세정장비를 블럭화한 예시도이다.

도1을 참조하면, 기판 표면의 이물질을 제거하기 위한 세정은 웨트(Wet) 세정, 스핀(Spin) 세정 및 오븐(Oven) 세정이 순차적으로 진행진다.

먼저, 상기 웨트 세정은 순수 브러쉬(DI Water Brush) 처리, 순수 샤워(DI Water Shower) 처리, 수압(Cavitation-Jet : CJ) 처리, 초음파 샤워(Mega-Sonic Shower) 처리 과정으로 진행된다.

그리고, 상기 스핀 세정은 기판 회전을 통해 원심력을 이용하여 세정과 동시에 건조시키는 방식으로 진행된다.

그리고, 상기 오븐 세정은 열판(Hot Plate) 처리 및 자외선(Ultra-Violet) 처리 과정으로 진행된다.

상기한 바와같은 다양한 세정 중에 순수 브러쉬 처리 과정을 첨부한 도2의 예시도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2를 참조하면, 기판(10)의 상부 및 하부면을 세정하기 위하여 기판(10)의 상부 및 하부면에 접하도록 쌍으로 세정 브러쉬(11)가 구비된다. 이때, 세정 브러쉬(11)는 교번하여 기판(10)의 상부면과 하부면에 접하도록 구비될 수 있다.

따라서, 상기 기판(10)이 세정 브러쉬(11) 사이를 화살표 방향으로 진행하고, 이때 세정 브러쉬(11)가 빠른 속도로 회전하면서 기판(10)의 상부 및 하부면에 달라붙은 고착성 입자 및 이물질들을 기판(10)으로부터 착탈시키고, 그 착탈된 고착성 입자 및 이물질들을 순수를 통해 외부로 제거하게 된다.

상기한 바와같은 순수 브러쉬 처리는 부착상태가 견고한 파티클이나 오염물 질을 제거할 수 있으며, 약 10㎛ 이상의 비교적 사이즈가 큰 파티클을 제거하기 위하여 사용된다.

한편, 상기 수압 처리는 약 5∼15Kgf/㎠ 정도로 가압한 순수와 약 1Kgf/㎠ 정도로 가압한 에어(Air)를 함께 기판에 뿌려주는 세정 방식으로, 기판의 사각 영역을 효과적으로 세정할 수 있으며, 기판 상태가 친수성이 강할 경우에 세정효과가 좋아진다. 그러나, 고압 분사 방식을 적용하므로, 기판 상에 적층된 막들의 밀착성을 고려해야 한다.

그리고, 상기 초음파 샤워 처리 과정은 도3a 내지 도3c의 순차적인 예시도에 도시한 바와같이 기판(20)에 부착된 파티클(21)에 초음파가 실린 순수(22)를 분사하여, 파티클(21)을 기판(20)으로부터 착탈시키고, 그 착탈된 파티클(21)을 순수(22)를 통해 외부로 제거한다.

상기 초음파 샤워 처리는 약 0.3㎛ 이하의 미세 파티클을 제거하기 위하여 사용되며, 따라서 2㎛ 이하의 배선 폭을 수천개 갖는 액티브 소자의 파티클 제거에 유용하게 사용된다.

이후에, 기판 회전을 통해 원심력을 이용하여 세정과 동시에 건조시키는 스핀 세정이 진행된 다음 오븐 세정인 열판 처리 및 자외선 처리가 진행된다.

그러나, 상기한 바와같은 종래의 다양한 세정을 통해서도, 제거되지 않는 이물질이 기판 상에 잔류하여 제품의 불량률을 상승시키며, 특히 금속성 미세 이물이 잔류할 경우에는 그 크기에 상관없이 하나의 화소에서 휘점을 유발하여 액정 표시장치의 화질을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 기판 상에 통상적인 세정이 실시된 후에도 잔류하는 금속성 이물과 미세 파티클을 효과적으로 제거할 수 있는 기판의 세정 장치 및 세정 방법을 제공함에 있다.

먼저, 상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기판의 세정 장치는 통상적으로 적용되는 세정장비에 의해 세정이 실시된 기판의 진행방향에, 기판과 비접촉식으로 배치되는 자석 판과; 상기 자석 판과 이격되어 기판과 비접촉식으로 배치되는 정전기 대전 판이 구비된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 자석 판과 정전기 대전 판은 기판의 상부면 및 하부면에 비접촉식 쌍으로 배치된 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 자석판과 정전기 대전 판은 기판의 상부면 및 하부면에 비접촉식으로 각각 교번하여 배치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 자석 판과 정전기 대전 판은 기판의 진행방향에 배치되어, 기판의 진행에 따라 기판 전면이 스캐닝될 수 있도록 고정 배치된 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 자석 판과 정전기 대전 판은 기판의 진행을 정지시키고, 기판 전면을 스캐닝할 수 있도록 배치된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기판의 세정 방법은 통상적인 세정장비에 의해 기판을 세정하는 제1단계와; 상기 기판과 비접촉 방식의 정전기 및 자기적 인력을 통해 기판 상에 잔류하는 금속성 이물이나 미세 파티클을 제거하는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 기판의 세정 장치 및 세정 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판의 세정 장치를 보인 예시도이다.
도 4에 도시한 바와같이, 통상적인 세정장비에 의해 세정이 실시된 기판(30)의 진행방향에 배치되는 자석 판(31)과; 상기 자석 판(31)과 이격 배치되어 정전기 대전 판(32)이 구비된다.

이때, 상기 자석 판(31)과 정전기 대전 판(32)은 도5에 도시한 도4의 A-A'선 단면도에 도시한 바와같이 기판(30)과 비접촉식으로 배치된다.

이하, 상기한 바와 같이 구성되는 기판의 세정 장치를 통해 기판을 세정하는 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 통상적인 세정장비에서 세정이 실시된 기판(30)이 도4에 도시된 화살표 방향으로 이송된다.

그리고, 상기 기판(30)이 이송되는 방향에는 자석 판(31)과 정전기 대전 판(32)이 도5에 도시한 바와같이 기판(30)과 비접촉식으로 배치된다.

이때, 상기 자석 판(31)과 정전기 대전 판(32)은 도6에 도시한 바와같이 기판(30)이 이송됨에 따라 기판(30)의 전면이 스캐닝될 수 있도록 고정 배치되거나 또는 도7에 도시한 바와같이 기판(30)의 진행을 정지시키고, 상기 자석 판(31)과 정전기 대전 판(32)이 구동되어 기판(30)의 전면을 스캐닝할 수 있도록 배치될 수 있다.

따라서, 통상적인 세정장비에서 세정이 실시된 기판(30)에 잔류하는 금속성 이물은 상기 자석 판(31)에 달라붙어 제거되며, 미세 파티클은 상기 정전기 대전 판(32)에 달라붙어 제거된다.

한편, 도8은 본 발명의 제2실시예로써, 상기 기판(30)의 상부면과 하부면에 비접촉식으로 자석 판(31A,31B)과 정전기 대전 판(32A,32B)이 쌍으로 구비되어 기판(30)의 상부면 뿐만 아니라 하부면에 잔류하는 금속성 이물과 미세 파티클을 제거할 수 있게 된다.

그리고, 도9는 본 발명의 제3실시예로써, 상기 기판(30)의 상부면과 하부면에 비접촉식으로 자석판(31C,31D)과 정전기 대전 판(32C,32D) 각각 교번하도록 구비되어 기판(30)의 상부면 뿐만 아니라 하부면에 잔류하는 금속성 이물과 미세 파티클을 제거할 수 있게 된다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의한 기판의 세정 장치 및 세정 방법은 통상적인 세정이 실시된 후에도 잔류하는 금속성 이물과 미세 파티클을 자석 판과 정전기 대전 판의 비접촉식 스캐닝을 통해 기판으로부터 제거함에 따라 제품의 불량률을 감소시켜 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 특히 금속성 미세 이물을 효과적으로 제거하여 화질 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 기판과;

   상기 기판의 진행방향에, 상기 기판과 비접촉식으로 배치되는 자석 판과;

   상기 자석 판과 이격되어 상기 기판과 비접촉식으로 배치되는 정전기 대전 판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판의 세정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자석 판과 정전기 대전 판은 기판의 상부면 및 하부면에 비접촉식 쌍으로 배치된 것을 특징으로 하는 기판의 세정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 자석판과 정전기 대전 판은 기판의 상부면 및 하부면에 비접촉식으로 각각 교번하여 배치된 것을 특징으로 하는 기판의 세정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 자석 판과 정전기 대전 판은 기판의 진행방향에 배치되어, 기판의 진행에 따라 기판 전면이 스캐닝될 수 있도록 고정 배치된 것을 특징으로 하는 기판의 세정 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 자석 판과 정전기 대전 판은 기판의 진행을 정지시키고, 기판 전면을 스캐닝할 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 기판의 세정 장치.
6. 기판을 세정하는 제1단계와;

   상기 세정된 기판을 일측 방향으로 이송시키는 단계와;

   자석판과 정전기 대전판을 상기 기판과 비접촉식으로 배치하는 단계와;

   상기 기판과 비접촉 방식의 정전기 및 자기적 인력을 통해 상기 기판상에 잔류하는 금속성 이물이나 미세 파티클을 제거하는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판의 세정 방법.

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