KR101640669B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
액정 표시 패널에 이용되는 러빙 처리된 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서, 물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 이루어진 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 공정(11)을 포함하고, 상기 질소 가스 용해수의 온도는 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정되는 구성이 된다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 액정 표시 패널에 이용되는 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치, 특히, 러빙(rubbing) 처리된 상기 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.

액정 표시 패널의 제조 공정에서는, 일반적으로 표면에 배향막(예컨대 폴리이미드막)이 형성된 액정의 기판에 대하여 러빙 처리가 행해진다. 이 러빙 처리에서는, 상기 기판의 배향막의 표면에 예컨대 나일론제의 러빙천을 감은 롤러가 압박되고, 그 롤러를 회전시켜 상기 러빙천을 상기 배향막의 표면에 마찰시킨다. 이와 같이 러빙천을 기판의 배향막에 마찰시킴으로써, 배향막(예컨대 폴리이미드막) 표면의 고분자 사슬이 일정 방향으로 찌부러지고, 그 때문에 배향막(고분자막)에 이방성이 생기며, 그 배향막의 이방성에 의해 액정 분자의 배향 방향이 규정된다.

이러한 러빙 처리에 의해, 배향막(폴리이미드막)이 깎인 찌꺼기나, 나일론제의 러빙천으로부터의 불소 이온의 영향을 받은 배향막 성분(폴리이미드)에 의해 기판 표면이 오염된다. 또한, 폴리이미드 자체에 포함되는 불소 이온이 다른 물질과 결합하여 오염 물질(불소 화합물)이 되는 경우도 있다. 이 때문에, 러빙 처리된 기판을 세정할 필요가 있다. 이 러빙 처리된 기판을 세정하는 종래의 방법(예컨대 특허문헌 1 참조)에서는, 기판에서의 배향막의 표면에 순수의 차폐층이 형성된 상태로, 그 기판 표면에 약액이 뿌려진다. 이에 따라, 약액의 표면에 떠서 이동하는 먼지는, 순수의 차폐층에 의해 피복된 배향막 표면에 정전기적으로 부착되지 않고, 상기 약액에 의해 씻겨 나간다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-299234호 공보

상기 러빙 처리된 기판의 세정에서는, 배향막이 깎인 찌꺼기뿐만 아니라, 상기 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분(불소 화합물)을 효과적으로 제거할 수 있는 것도 중요하다. 그러나, 전술한 종래의 기판의 세정 방법(처리 방법)에서는, 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분에 관해서는 특별히 고려되지 않았다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 액정 표시 패널에 이용되는 러빙 처리된 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서, 물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 이루어진 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 공정을 포함하고, 상기 질소 가스 용해수의 온도는 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정되는 구성이 된다.

이러한 구성에 의해, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 어느 온도로 조정된 질소 가스 용해수에 의해 러빙 처리된 기판이 세정된다. 그 세정 과정에서, 질소 가스 용해수의 적어도 질소 성분 및 물 성분이, 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분과, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 어느 온도 하에서, 화학적으로 반응할 수 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제1 공정에 의해 세정된 상기 기판을 미리 정해진 약액에 의해 세정하는 제2 공정을 포함하는 구성으로 할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 질소 가스 용해수에 의해 세정된 러빙 처리된 기판이, 다시 미리 정해진 약액에 의해 세정된다.

상기 질소 가스 용해수의 온도는, 보다 바람직하게는 45℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정될 수 있고, 더욱 바람직하게는 60℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 액정 표시 패널에 이용되는 러빙 처리된 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서, 물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 질소 가스 용해수를 생성하는 질소 가스 용해수 생성부와, 그 질소 가스 용해수 생성부에서 생성되는 질소 가스 용해수를 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 온도로 유지하는 온도 유지 기구와, 상기 온도 범위내의 온도로 유지된 상기 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 세정부를 갖는 구성이 된다.

이러한 구성에 의해, 제1 세정부에서는, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 어느 온도로 유지된 질소 가스 용해수에 의해 러빙 처리된 기판이 세정된다. 그 세정 과정에서, 질소 가스 용해수의 적어도 질소 성분 및 물 성분이, 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분과, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 어느 온도 하에서 화학적으로 반응할 수 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 의하면, 질소 가스 용해수의 적어도 질소 성분 및 물 성분이, 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분과, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 어느 온도 하에서 화학적으로 반응할 수 있기 때문에, 상기 러빙 처리에서 생길 수 있는 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 기본적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 질소 가스 용해수를 이용하여 세정한 경우의 그 질소 가스 용해수의 온도와 기판 표면의 파티클(오염 성분)의 제거율의 관계 Q1과, 순수를 이용하여 세정한 경우의 그 순수의 온도와 기판 표면의 파티클(오염 성분)의 제거율의 관계 Q2를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시형태에 관해 도면을 이용하여 설명한다.

본 발명의 실시의 일형태에 따른 기판 처리 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이 구성된다.

도 1에서, 이 기판 처리 장치(10)는, 제1 세정실(11)(제1 세정부), 제2 세정실(12)(제2 세정부), 린스실(13) 및 에어 건조실(14)을 갖고 있다. 세정 대상이 되는 러빙 처리된 액정의 기판(S)은, 반송 기구(도시 생략)에 의해, 직렬 배치된 제1 세정실(11), 제2 세정실(12), 린스실(13) 및 에어 건조실(14)을 순차적으로 통과하여 반송된다. 이 기판 처리 장치(10)에 투입되는 기판(S)은, 표면에 배향막이 되는 폴리이미드막이 형성되어 있고, 그 표면이 러빙 처리된 상태로 되어 있다.

기판 처리 장치(10)는, 또한 탱크(20)를 가지며, 탱크(20) 내에는, 순수(H₂O)가 저장되고 질소 가스(N₂ 가스)가 공급된다. 탱크(20)(질소 가스 용해수 생성부) 내에서, 순수 중에서 질소 가스가 버블링되어 질소 가스 용해수가 생성된다. 탱크(20)에는 히터 장치(21)가 부설되어 있고, 탱크(20) 내에 설치된 온도 검출기(도시 생략)로부터의 검출 신호에 기초한 도시하지 않은 제어 장치에 의한 히터 장치(21)에 대한 통전 제어에 의해, 탱크(20) 내에서 생성되는 질소 가스 용해수의 온도가 미리 정해진 온도로 조정된다.

제1 세정실(11)에는, 복수의 노즐을 갖는 노즐 기구(111)가 설치되어 있다. 상기 복수의 노즐은, 세정 대상물인 기판(S)의 반송로의 상측 및 하측의 각각에 미리 정해진 수 만큼씩 배치되어 있다. 탱크(20)에 저장된 질소 가스 용해수는, 펌프(22)에 의해 노즐 기구(111)에 공급되고, 그 질소 가스 용해수가 노즐 기구(111)의 각 노즐로부터 반송로를 향해서 분출된다. 제1 세정실(11)의 노즐 기구(111)로부터 분출된 질소 가스 용해수는, 탱크(20)에 회수되고, 펌프(22)에 의해 탱크(20)로부터 다시 제1 세정실(11)의 노즐 기구(111)에 공급된다. 이와 같이, 제1 세정실(11)과 탱크(20) 사이에 순환 경로가 형성되어 있어, 탱크(20)에 저장된 질소 가스 용해수가 반복적으로 제1 세정실(11)에서의 기판(S)의 세정에 이용된다.

제2 세정실(12)에도, 기판(S)의 반송로의 상측 및 하측에 배치된 복수의 노즐을 갖는 노즐 기구(121)가 설치되어 있다. 제2 세정실(12)의 노즐 기구(121)에는, 미리 정해진 약액이 공급되고, 노즐 기구(121)의 각 노즐로부터 약액이 반송로를 향해서 분출된다. 상기 약액은, 러빙 처리된 기판(S)의 세정에 통상 이용되는 약액으로서, 예컨대 1,2-헥산디올 또는 알콜류, 미리 정해진 첨가물 및 순수를 미리 정해진 비율로 조합함으로써 만들어진다.

린스실(13)에도, 기판(S)의 반송로의 상측 및 하측에 배치된 복수의 노즐을 갖는 노즐 기구(131)가 설치되어 있다. 린스실(13)의 노즐 기구(131)에는 순수가 공급되고, 노즐 기구(131)의 각 노즐로부터 순수가 반송로를 향해서 분출된다. 또한, 에어 건조실(14)에는 복수의 에어나이프가 설치되고, 그 복수의 에어나이프로부터 고압에어가 반송로를 향해서 분출된다.

전술한 바와 같은 기판 처리 장치(10)에서는, 도시하지 않은 제어 장치에 의해, 다음과 같이 동작 제어가 이루어진다. 반송 기구에 의해 반송되는 기판(S)이 제1 세정실(11)을 통과할 때, 노즐 기구(111)의 각 노즐로부터 분출되는 질소 가스 용해수가 기판(S)의 양면에 뿌려진다. 질소 가스 용해수는, 탱크(20) 내에서 미리 정해진 온도로 조정되어 있고, 제1 세정실(11)에서, 기판(S)은 그 미리 정해진 온도로 조정된 질소 가스 용해수에 의해 세정된다(제1 공정).

제1 세정실(11)에서의 질소 가스 용해수에 의한 처리(세정)가 종료하고, 반송 기구에 의해 반송되는 기판(S)이 제2 세정실(12)을 통과할 때, 노즐 기구(121)의 각 노즐로부터 분출되는 약액(1,2-헥산디올 또는 알콜류를 함유)이 기판(S)의 양면에 뿌려진다. 기판(S)은, 제2 세정실(12)에서 상기 약액에 의해 세정된다(제2 공정).

제2 세정실(12)에서의 약액에 의한 처리(세정)가 종료하고, 반송 기구에 의해 반송되는 기판(S)이 린스실(13)을 통과할 때, 노즐 기구(131)의 각 노즐로부터 분출되는 순수가 기판(S)의 양면에 뿌려진다. 이에 따라, 기판(S)의 양면에 남은 질소 가스 용해수, 약액 및 질소 가스 용해수 및 약액에 의해 제거된 제거물이 순수에 의해 씻겨나간다.

린스실(13)에서의 순수에 의한 처리(씻어냄)가 종료하고, 반송 기구에 의해 반송되는 기판(S)이 에어 건조실(14)을 통과할 때, 각 에어나이프로부터 분출되는 고압 에어에 의해 기판(S)에 부착된 순수가 날아가 기판(S)의 표면이 건조된다. 그 후, 기판(S)은, 반송 기구에 의해 다음 공정(액정 패널의 조립 공정 등)에 반송된다.

전술한 바와 같은 기판 처리 장치(10)에 의하면, 러빙 처리에서의 러빙천에 의한 기계적인 마찰에 의해 생긴 먼지나 불소 이온의 영향을 받아 생긴 오염 성분(불소 화합물)이 폴리이미드막(배향막)의 표면에 부착된 기판(S)이라 하더라도, 제1 세정실(11)에서 미리 정해진 온도로 조정된 질소 가스 용해수에 의해 세정되고, 그 후, 제2 세정실(12)에서 1,2-헥산디올 또는 알콜류를 함유하는 약액에 의해 세정되기 때문에, 이러한 먼지나 오염 성분(불소 화합물)을 효과적으로 제거할 수 있다.

특히, 제1 세정실(11)에서의 질소 가스 용해수에서의 세정에 의해, 불소 화합물 등의 오염 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 이것은, 질소 가스 용해수 중에 포함되는 H₂(H₂O), N₂ 및 오염 성분에 포함되는 불소 이온 F^-이 결합하여, 불화암모늄 이온 NH₄ ⁺F^-이 생성되기 때문이라고 추찰된다.

또, 상기 실시형태에서, 질소 가스 용해수를 생성하는 방법으로서, 탱크(20) 내의 순수에 질소 가스를 버블링시켜 용해시키는 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 중공사막을 이용하는 방법 등, 질소 가스를 순수에 용해시켜 질소 가스 용해수를 생성할 수 있는 방법이면 된다.

또, 상기 실시형태에서, 용해수로서 질소 가스 용해수를 예를 들어 설명했지만, 순수에 용해시키는 가스는 질소 가스에만 한정되지 않고, 질소 가스를 포함하는 가스로서, 기판(S) 상의 불소 화합물 등의 오염 성분과 화학 반응을 일으키는 가스이면 된다.

또, 상기 실시형태에서, 처리 대상물인 기판(S)은 양면을 처리하는 예를 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 한쪽 면만 처리를 하는 등, 공정에 의해 필요한 면을 처리하면 된다.

이하에, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(10)에서 행한 실험예를 나타낸다.

ㆍ조건

질소(N₂) 가스를 1 NL(나노리터)/분으로 탱크(20)에 공급

질소 가스 용해수의 질소(N₂) 가스 농도 : 8 ppm

ㆍ측정 방법

기판(S)의 파티클(오염 성분)의 크기와 갯수를 빛에 의해 측정하는 장치를 이용하여, 기판 처리 장치(10)에서의 처리 전의 측정치와 그 처리 후의 측정치의 비율을 제거율(%)로 했다.

ㆍ결과

도 2의 특성 Q1에 나타낸 바와 같이, 제1 세정실(11)에서 이용되는 질소 가스 용해수의 온도가 40℃ 이상이 되면, 급격히 제거율이 상승하여, 그 온도가 약 80℃에서 제거율이 90%가 되고, 그것을 초과하는 온도에서 큰 변화가 없었다. 질소 가스 용해수의 온도가 45℃에서 특히 제거율이 크게 변화하고, 또한 질소 가스 용해수의 온도가 60℃를 넘으면, 제거율은 포화 상태에 근접했다. 이러한 점에서, 제1 세정실(11)에서 이용되는 질소 가스 용해수의 온도는, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 온도로 조정되는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 그 조정 범위 중, 특히 바람직하게는 45℃ 이상 80℃ 이하의 범위이고, 더욱 바람직하게는 60℃ 이상 80℃ 이하의 범위였다.

또, 제1 세정실(11)에서 질소 가스 용해수 대신 순수를 이용한 경우, 그 순수의 온도와 제거율의 관계는 도 2의 특성 Q2와 같다. 순수에서는, 질소 가스 용해수를 이용한 경우(Q1 참조)와 같이, 온도에 의해 제거율이 크게 변동하지는 않았다.

상기 실험예에서는, 질소 가스 용해수의 질소(N₂) 가스 농도치는 8 ppm이었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 질소 가스 용해수가 저온 영역인 경우에는, 기판 상의 불소 화합물 등의 파티클의 분해의 진척이 느리기 때문에 파티클 제거율은 낮다고 생각된다. 한편, 질소 가스 용해수가 일정 온도 이상의 고온 영역인 경우에는, 액온에 대하여 용해되는 가스의 양이 포화 상태가 되기 때문에, 파티클 제거율도 포화 상태가 되어, 파티클 제거율이 한계점이 된다고 생각된다. 따라서, 도 2에 나타낸 특성 Q1은, 전술한 바와 같이, 질소 가스 용해수의 질소 가스 농도치가 8 ppm인 경우의 결과이지만, 질소 가스 농도치가 8 ppm 이외라 하더라도, 이 특성 Q1과 동일한 경향의 특성이 나타난다고 생각된다.

질소 가스 용해수의 질소(N₂) 가스 농도는, 불소 화합물 등의 오염 성분과의 화학 반응이 충분히 일어나 그 오염 성분의 제거율이 향상된다고 하는 관점에서는, 어느 정도 높은 것이 바람직하다. 그러나, 지나치게 높아도, 화학 반응에 기여하지 않는 양이 증가해 버려 질소 가스가 허비된다. 실제로는, 질소 가스 용해수의 질소(N₂) 가스 농도는 5∼25 ppm의 범위에서 조정된다.

또, 질소 가스 버블링시에, 나노 버블 등의 미세 기포로서 질소 가스를 순수에 혼입시키도록 하면, 특별히 농도 설정을 고려할 필요는 없다. 나노 버블은 매우 작은 기포이므로, 액중에 장시간 계속 저장할 수 있는 것이 종래부터 알려져 있다. 이 성질을 이용하면, 순수 중의 질소 가스는 장시간 포화 상태가 계속될 수 있기 때문에, 불소 화합물 등의 오염 성분의 제거 효율도 포화 상태가 유지되기 때문이다.

10 : 기판 처리 장치 11 : 제1 세정실(제1 세정부)
12 : 제2 세정실(제2 세정부) 13 : 린스실
14 : 에어 건조실 20 : 탱크
21 : 히터 장치 22 : 펌프
111, 121, 131 : 노즐 기구

Claims (6)

1. 표면에 배향막이 되는 폴리이미드막이 형성되고, 상기 폴리이미드막이 러빙 처리된 액정 표시 패널 용 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
   물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 이루어진 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 공정을 포함하고,
   상기 질소 가스 용해수의 온도는, 45℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정되는 것인 기판 처리 방법.
2. 표면에 배향막이 되는 폴리이미드막이 형성되고, 상기 폴리이미드막이 러빙 처리된 액정 표시 패널 용 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
   물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 이루어진 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 공정과,
   상기 제1 공정에 의해 세정된 상기 기판을 약액에 의해 세정하는 제2 공정과,
   상기 제2 공정에 의해 세정된 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 포함하고,
   상기 질소 가스 용해수의 온도는, 45℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정되는 것인 기판 처리 방법.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 질소 가스 용해수의 온도는 60℃ 이상 80℃ 이하의 범위내로 조정되는 것인 기판 처리 방법.
5. 표면에 배향막이 되는 폴리이미드막이 형성되고, 상기 폴리이미드막이 러빙 처리된 액정 표시 패널 용 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
   물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 질소 가스 용해수를 생성하는 질소 가스 용해수 생성부와,
   그 질소 가스 용해수 생성부에서 생성되는 질소 가스 용해수를 45℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 온도로 유지하는 온도 유지 기구와,
   상기 온도 범위내의 온도로 유지된 상기 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 세정부를 갖는 것인 기판 처리 장치.
6. 표면에 배향막이 되는 폴리이미드막이 형성되고, 상기 폴리이미드막이 러빙 처리된 액정 표시 패널 용 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
   물에 적어도 질소 가스를 포함하는 가스를 용해시켜 질소 가스 용해수를 생성하는 질소 가스 용해수 생성부와,
   상기 질소 가스 용해수 생성부에서 생성되는 질소 가스 용해수를 45℃ 이상 80℃ 이하의 범위내의 온도로 유지하는 온도 유지 기구와,
   상기 온도 범위내의 온도로 유지된 상기 질소 가스 용해수에 의해 상기 기판을 세정하는 제1 세정부와,
   상기 제1 세정부에 의해 세정된 기판을 미리 정해진 약액으로 세정하는 제2 세정부와,
   상기 제2 세정부에 의해 세정된 상기 기판을 건조시키는 건조실을 갖는 것인 기판 처리 장치.

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