KR102455713B1 - 건식 레이저 세정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 레이저 광원에서 발생하는 강한 에너지에 의해 디스플레이 기판 생산 중에 발생하여 기판에 융착된 미세한 파티클 및 오염물질을 기화 또는 이탈시켜서 제거하며, 피세정물의 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하여 조사함으로써 세정 효율을 향상시킬 수 있는 건식 레이저 세정시스템을 제공하기 위한 것이다.

Description

건식 레이저 세정시스템{Dry laser cleaning system}

본 발명은 레이저 세정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레이저 광원에서 발생하는 강한 에너지에 의해 디스플레이 기판 등의 생산 중에 발생하여 기판에 융착된 미세한 파티클 및 오염물질을 제거하기 위한 건식 레이저 세정시스템에 관한 것이다.

반도체 및 디스플레이 등은 미세공정을 통해서 생산되기 때문에 초정밀 제조공정에서 부산물로 생성되는 아주 작은 먼지와 같은 파티클(particle)이라도 패턴 결함, 절연막 불량 등 제품에 치명적인 영향을 미칠 수 있으며, 반도체 및 디스플레이 제조공정에서 발생하는 파티클이나 오염물질을 제거하여 제품의 품질과 수율을 높이는 매우 중요한 공정이 세정공정이다.

현재 가장 널리 쓰이고 있는 세정방식이 화학적 세정인데, 습식 세정 방식인 화학적 세정은 화학약품을 사용하기 때문에 환경오염 문제가 발생하게 되고, 극소 부분의 파티클을 제거하기 위하여 전체 면적을 세정해야 하기 때문에 세정공정의 속도가 매우 느릴 뿐만 아니라 접촉식 세정 방식이기 때문에 모재 손상의 우려가 많다. 또한, 전통적인 물리적 세정 기술인 고압 제트 스프레이 분사(High-pressure jet spraying), 이중 유체 제트 세정(Dual-fluid jet cleaning), 극저온 세정, 초음파 세정, 브러시 세정과 같은 세정방식은 응용범위 제약이 따르며, 모재 손상 및 부유 입자의 재부착 등 기술적 문제가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 건식 세정 방식을 사용하기 시작했는데, CO₂, 아르곤 미세입자를 이용한 건식 세정 방식은 효과적이기는 하지만 장치가 복잡하고 유지비가 비싸다는 문제가 있다.

한편, 부품의 고급화, 소형화, 정밀화와 정밀 부품의 제조 및 조립 분야에서 제조공정 중 미세 파티클의 제거가 수율 및 성능 향상의 중요한 포인트로 대두되면서, 습식 세정이나 기존의 건식 세정으로 제거하기 어려운 미세 마이크로 파티클까지 제거할 수 있으며, 환경 규제 강화에 부응할 수 있는 친환경 세정 방식의 새로운 솔루션으로 레이저를 이용한 건식 세정 방식에 대한 기술 개발이 절실히 요구된다고 하겠다.

레이저 클리닝 장치에 대한 기술을 살펴보면, 특허등록 제2133742호 "디스플레이가 구비된 레이저 클리닝 장치", 특허등록 제1341001호 "레이저를 이용한 대면적 마스크 세정장치 및 이를 포함하는 대면적 마스크 세정시스템", 특허등록 제1164063호 "레이저 세정장치" 등 많은 기술이 출현하였으나, 상기 특허 뿐만 아니라 지금까지 출현했던 레이저 세정장치는 피세정물 표면에 굴곡이나 요철이 있는 경우와 같이 표면 형상이 균일하지 않은 경우 및 대면적을 갖는 피세정물에서 가장자리 부분에는 능동적으로 대처하여 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 맞출 수 있는 수단이 구비되어 있지 않기 때문에 세정 효율이 떨어질 수밖에 없다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 레이저 광원에서 발생하는 강한 에너지에 의해 디스플레이 기판 생산 중에 발생하여 기판에 융착된 미세한 파티클 및 오염물질을 기화 또는 이탈시켜서 제거하기 위한 건식 레이저 세정시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 피세정물의 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하여 조사함으로써 세정 효율을 향상시킬 수 있는 건식 레이저 세정시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 건식 레이저 세정시스템은, 세정영역에 피세정물이 놓여지게 되고, 피세정물이 세정된 후 구동모터의 구동에 의해 피세정물을 자동 이송시키는 컨베이어벨트; 상기 컨베이어벨트의 세정영역 상부에 설치되고, 3방향으로 작동 가능한 로봇에 장착되어 피세정물의 세정을 위해 레이저 빔을 발생시켜 조사하는 레이저 발생장치; 상기 컨베이어벨트의 세정영역에 놓인 피세정물의 양측면에 각각 석션홀이 위치하도록 배치되어, 레이저 세정시 발생하는 퓨움(fume)을 컨베이어벨트의 양측에서 석션하는 석션블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 레이저 발생장치는 로봇의 작동에 따라 3방향으로 이동 및 회전이 가능하도록 설치된다.

바람직하게는, 레이저 발생장치는, 레이저 빔을 발진하는 레이저 헤드;

피세정물을 고속으로 스캔하는 스캐너; 상기 스캐너를 거쳐 입사한 레이저 빔이 피세정물에 조사되도록 조정하여 편향시켜 주는 스캔 렌즈를 포함하여 구성된다.

바람직하게는, 스캐너에는 변위센서가 더 장착되어 있어서, 피세정물의 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하여 레이저 빔이 조사된다.

본 발명에 따른 레이저 세정시스템은 레이저 광원에서 발생하는 강한 에너지를 이용하여 디스플레이 기판 등의 생산 중에 발생하여 기판에 융착된 미세한 파티클 및 오염물질을 기화 또는 이탈시켜서 신속하게 제거할 수 있다.

또한, 레이저 발생장치의 스캐너에 변위센서가 장착되어 있고, 레이저 발생장치가 다관절 로봇에 설치되기 때문에 균일한 표면을 가지면서 대면적을 갖는 피세정물은 물론 표면에 굴곡이나 요철 형태를 갖는 피세정물이라도 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하면서 조사하여 세정하므로 세정 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세정시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.

본 발명에 따른 레이저 세정시스템의 기술적 특징은, 대면적을 갖는 균일한 형태는 물론 표면에 굴곡이나 요철 형상이 있는 불균일한 형태의 피세정물이라도 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하여 조사함으로써 세정 효율을 향상시켰다는 점이다.

본 발명에 따른 레이저 세정시스템은 건식 세정 장치로, 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 패널을 위한 파인메탈마스크(Fine Metal Mask; FMM) 세정, 방착판 세정, 이차전지의 활성물질(active material) 잔류물 제거를 위한 세정, 슬롯 코터 다이(slot coater die)의 다이 제작 후 절삭유 및 방청유 제거를 위한 세정 등에 적용되는 비접촉식 세정 장비이다.

레이저 세정시스템(10)은, 다관절 로봇(13)에 설치되어 있고 레이저 빔을 발생시켜 조사하는 레이저 발생장치(14)와, 피세정물(20)이 얹혀져서 세정된 후 이송하는 컨베이어벨트(12)와, 레이저 세정시 피세정물 표면에 묻어 있는 미세한 파티클 및 오염물질을 기화 또는 이탈시켜서 제거하면서 발생하는 퓨움(fume)을 석션하는 석션블록(16)이 구비된 석션 및 집진장치를 기본적인 구성으로 포함하여 구성되고, 다관절 로봇(13)이 3방향으로 움직이면서 세정하도록 구성된다.

레이저 발생장치(14)는 컨베이어벨트(12)의 세정영역 상부에 설치되어, 피세정물(20)의 세정을 위해 레이저 빔을 발생시켜 조사하는 장치인데, 레이저 헤드(141)와, 스캐너(142) 및 스캔 렌즈(143)를 포함하여 구성된다. 레이저 빔으로 건식 세정을 하기 때문에 파티클이나 오염물질을 제거하는 세정 속도가 매우 빠를 뿐만 아니라 비접촉식으로 세정이 이루어지기 때문에 피세정물(20) 제품에는 전혀 손상이 없다는 큰 장점이 있다. 미설명부호 144는 스캐너(142)에 의해 스캔되어 레이저 빔이 조사되는 레이저 조사영역이다.

레이저 헤드(141)는 레이저 빔을 발진하는 구성이고, 스캐너(142)는 피세정물을 고속으로 스캔하며, 스캔 렌즈(143)는 스캐너(142)를 거쳐 레이저 빔이 입사되면 피세정물에 레이저 빔이 조사되도록 해주는 구성이다. 이와 같은 레이저 발생장치(14)는 본 발명만의 특징적 구성이 아니고 이미 제품화 되어 있기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 가장 큰 기술적 특징이 레이저 발생장치(14)를 3방향으로 작동 가능한 로봇(13)에 장착시켰다는 것인데, 로봇(13)은 3방향(X축, Y축, Z축 방향)의 이동은 물론 회전이 가능해야 하므로 6축 다관절 로봇을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이와 같이 3방향에서 이동 및 회전이 가능하므로 균일한 표면을 가지면서 대면적을 갖는 피세정물은 물론 표면에 굴곡이나 요철 형태를 갖는 피세정물이라도 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하면서 조사하여 세정하므로 세정 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다. 로봇(13)은 3방향으로 이동만 가능한 3축 다관절 로봇을 사용할 수도 있다.

본 발명의 또 하나의 특징은 레이저 발생장치(14)에 변위센서(15)가 장착되어 있다는 것인데, 변위센서(15)는 스캐너(142)의 전면(前面)에 장착하는 것이 바람직하고, 변위센서(15)에 의해 피세정물(20)의 표면 형상과 위치를 감지하여 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하여 레이저 빔이 조사되도록 해줌으로써 세정 효율의 향상에 기여할 수 있다.

워크테이블(11) 상에 설치된 컨베이어벨트(12)는 세정영역에 피세정물(20)이 놓여지는 작업대 역할도 하면서, 피세정물이 세정된 후 구동모터(121)의 구동에 의해 피세정물을 자동 이송시키는 기능도 하게 된다. 세정영역은 대향(對向)하도록 설치된 한 쌍의 석션블록(16) 사이에 형성된 공간으로, 세정영역에서 세정이 이루어진 후에 피세정물(20)을 이동시켜 세정된 부분을 포장한 다음, 소정의 개소로 컨베이어에 의해 이송되게 된다. 여기서 '세정영역'이란 작업대 역할을 하는 컨베이어벨트(12)에서 한 쌍의 석션블록(16) 사이에 위치하면서 피세정물(20)이 세정 작업을 위해 놓여지는 공간을 말한다.

석션블록(16)은 컨베이어벨트(12)의 양측면에 설치되는데, 컨베이어벨트(12)의 세정영역에 놓인 피세정물(20)의 양측면에 각각 석션홀이 배치되어, 레이저 세정시 발생하는 퓨움(fume), 미스트, 연기 등을 컨베이어벨트(12)의 양측에서 석션하는 구성이다. 석션을 위해서는 진공이 필요한데, 진공 발생부는 별도로 도시하지는 않았다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 레이저 세정시스템 11 : 워크테이블
12 : 컨베이어벨트 121 : 구동모터
13 : 로봇
14 : 레이저 발생장치 141 : 레이저 헤드
142 : 스캐너 143 : 스캔 렌즈
144 : 레이저 조사영역
15 : 변위센서 16 : 석션블록
20 : 피세정물

Claims (4)

1. 피세정물 표면에 레이저 빔을 조사하여 파티클 및 오염물질을 제거하는 레이저 세정시스템에 있어서,
   상기 세정시스템은,
   세정영역에 피세정물이 놓여지게 되고, 피세정물이 세정된 후 구동모터의 구동에 의해 피세정물을 자동 이송시키며, 워크테이블 상에 설치된 컨베이어벨트;
   상기 컨베이어벨트의 세정영역 상부에 설치되고, 3방향으로 작동 가능한 로봇에 장착되어 피세정물의 세정을 위해 레이저 빔을 발생시켜 피세정물의 표면에 직접 조사하는 레이저 발생장치;
   상기 컨베이어벨트의 세정영역에 놓인 피세정물의 양측면에 각각 석션홀이 위치하도록 배치되어, 레이저 세정시 발생하는 퓨움(fume)을 컨베이어벨트의 양측에서 진공에 의해 석션하는 석션블록;
   을 포함하여 구성되고, 상기 레이저 발생장치는 로봇의 작동에 따라 3방향으로 이동 및 회전이 가능하도록 설치되며,
   상기 레이저 발생장치는,
   레이저 빔을 발진하는 레이저 헤드;
   피세정물을 고속으로 스캔하는 스캐너;
   상기 스캐너를 거쳐 입사한 레이저 빔이 피세정물에 조사되도록 조정하여 편향시켜 주는 스캔 렌즈;
   를 포함하여 구성되고, 상기 스캐너에는 변위센서가 더 장착되어 있어서, 피세정물의 표면 형상과 위치에 따라 레이저 빔의 조사 방향과 포커스를 조절하여 레이저 빔이 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 건식 레이저 세정시스템.
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