KR20030018084A

KR20030018084A - 플라즈마를 이용하여 기판 위에 도포된 유기 배향막을제거하고 이를 재생하는 방법

Info

Publication number: KR20030018084A
Application number: KR1020010051632A
Authority: KR
Inventors: 이승호
Original assignee: (주)아이씨디
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2003-03-06
Also published as: CN1545636A; WO2003023507A1; CN100394556C; JP2005506562A

Abstract

전극에 인가되는 고주파전원에 의해 플라즈마를 발생하는 플라즈마 쳄버장치를 이용하여 글래스 기판위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는 방법으로서, 상기 유기 배향막이 도포된 글래스 기판을 상기 플라즈마 반응쳄버 내에 투입하고 100∼1,000mTorr 정도로 압력을 유지시키는 단계; 상기 반응쳄버 내에 O₂를 포함하는 F계 고반응성 가스를 투입하면서 상기 압력을 유지시키는 단계; 상기 플라즈마 쳄버장치의 전극에 기판 크기에 따라 1∼10 kwatt의 전원을 인가하여 F계/O₂플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 플라즈마에 의해 여기된 라디칼 이온들이 상기 유기 배향막과 전면적으로 화학반응함으로써 CO, CO₂, NO, NO₂, H₂O 등의 기체상태로 분해되어 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는 방법이 개시된다.

Description

플라즈마를 이용하여 기판 위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는 방법 {a method for removing alignment layer coated on a substrate and recycling the same using a plasma}

본 발명은 LCD나 TFT(Thin Film transistor)-LCD의 기판을 재생하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LCD, TFT-LCD 등을 구성하는 칼라필터(Color Filter), TFT 및 더미(Dummy) 등의 글래스 기판 위에 도포된 유기 배향막을 건식 플라즈마를 이용하여 제거함으로써 상기 글래스 기판을 재생하는 방법에 관한 것이다.

각종 평판표시소자의 발달과 더불어 LCD, TFT-LCD의 개발 및 생산이 늘어나고 있다. 이와 같은 LCD소자는 기본적으로 글래스로 이루어져 서로 대향하는 기판 내면에 전극을 형성하고 그 위에 다시 폴리이미드 배향막을 도포한 후 그 사이에 액정을 주입하고 이를 밀봉함으로써 구성된다.

이 중에서 상기 배향막의 도포 과정을 살펴보면, 일단 글래스 기판을 세정한 후 폴리이미드를 인쇄하고 예비 소성(Pre curing)을 한 후, 배향막의 상태를 검사한 후 양호한 상태이면 2차 소성을 완료하고, 이어서 액정 배열을 위한 러빙(Rubbing)을 하게 된다. 상기 공정에 있어서, 예비 소성된 기판을 검사하고 만약 불량이 발생하면 이를 기판 재생 공정으로 넘겨 기판을 재생하여 사용하게 되는데, 이것은 2차 소성 및 러빙을 거친 후에도 마찬가지이다.

기판 재생 공정에서는 글래스 기판 상면에 도포된 폴리이미드 배향막을 제거하게 되는데 종래에는 전적으로 습식공정에 의해 배항막이 제거되었다.

구체적으로, 배향막을 제거하기 위한 종래의 습식공정에 있어서는, 재생될 기판을 롤러로 이송 투입한 후 테트라메틸암모늄하이드록사이드(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)와 같은 화학 용액을 가하여 배향막을 박리시키는 스트립공정을 거치게 된다. 이어서, 브러싱(Brushing)을 하고 중성용액으로 세정한 후 스핀드라이(Spin Dry) 건조시킴으로써 기판을 재생하게 된다.

그러나 위와 같은 종래의 습식공정에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 위와 같은 화학용액을 사용하게 되면 폴리이미드와 같은 유기 배향막박리 과정에서 완전한 배향막의 제거가 어려워 재생한 기판의 품질이 우수하지 못하였다. 통상적으로 화학용액은 기판과 폴리이미드 사이로 침투하여 박리를 시키게 되는데 이 과정에서 최초 침투하기 시작한 부위의 박리량과 나중에 침투한 부분에서의 박리량이 서로 차이가 발생하는 문제점을 초래하였다. 특히, 폴리이미드 도포 후 예비 소성 단계에서 재생되는 것은 폴리이미드의 제거가 비교적 용이하나 2차 소성을 거친 후에 폴리이미드를 제거하는 것은 상대적으로 어려워 완전한 기판의 재생이 불가능하였다.

둘째, 종래의 습식공정은 각 공정별로 라인설비 및 공정에 소요되는 비용이 비싸고 작업 공간이 클 뿐만 아니라 화학성이 강한 용액을 다량으로 사용하게 되므로 환경오염의 문제마저 안고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 종래의 습식공정이 아닌 플라즈마를 이용한 건식공정으로 유기 배향막을 제거하여 기판을 재생하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 폴리이미드 배향막은 2차 소성을 거친 후에도 용이하게 제거될 수 있을 뿐만 아니라 화학용액을 사용하지 않고 플라즈마 생성으로 인한 화학반응으로 배향막을 제거하므로 종래의 습식공정이 지니고 있었던 환경오염과 고비용 등의 문제점을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배향막 제거 및 기판 재생을 위해 채용되는 플라즈마 쳄버장치의 일 예를 나타낸 것이다.

<도면의 주요참조부호의 설명>

10..반응쳄버11..음극전극12..양극전극

13..인출전극14..절연부15..전원

16..유입구17..배출구100..피처리체

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 기판의 배향막 제거 방법은, 전극에 인가되는 고주파전원에 의해 플라즈마를 발생하는 플라즈마 쳄버장치를 이용하여 글래스 기판위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는 방법으로서, 상기 유기 배향막이 도포된 글래스 기판을 상기 플라즈마 반응쳄버 내에 투입하고 100∼1,000mTorr 정도로 압력을 유지시키는 단계; 상기 반응쳄버 내에 O₂를 포함하는 F계 고반응성 가스를 투입하면서 상기 압력을 유지시키는 단계; 상기 플라즈마 쳄버장치의 전극에 대상 기판에 따라 1∼10 kwatt의 전원을 인가하여 F계/O₂플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 플라즈마에 의해 여기된 라디칼 이온들이 상기 유기 배향막과 전면적으로 화학반응함으로써 CO, CO₂, NO, NO₂, H₂O 등의 기체상태로 분해되어 배출되는 단계;를 포함한다. 바람직하게, 상기 F계 고반응성 가스는 SF₆, C₄F₈, CF₄, 또는 C₃F₆중에서 어느 하나가 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 기판의 배향막 제거 및 기판 재생 방법을 적용하기 위한 플라즈마 쳄버장치가 도시되어 있다. 본 발명은 플라즈마 쳄버장치의 구성을 한정하는 것은 아니며 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위내에서 다양하게 변형된 장치들이 채용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 실시예에 예시된 플라즈마 쳄버장치를 간략하게 살펴보면, 반응쳄버(10) 내의 상부에는 평행판 전극 중의 하나인 제1 전극(11)이 설치되고, 이와 대향되는 하부에는 제2 전극(12)이 설치되며, 상기 제2 전극(12) 위에는 피처리체(100)가 놓인다. 상기 피처리체(100)는 재생을 하기 위한 기판으로서, 유기 배향막(102)이 글래스 기판(101) 위에 도포된 상태이다.

상기 제1 전극(11)은 전원(13)과 접속되어 플라즈마를 여기시키기 위한 고주파전원을 공급받아 후술하는 바와 같이 반응쳄버(10) 내의 반응가스를 여기시켜 플라즈마를 생성한다.

상기 반응쳄버(10)에는 플라즈마 여기를 위해 반응가스를 투입하기 위한 유입구(14)와 반응이 끝난 가스들을 배출시키기 위한 배출구(15)가 형성되어 있다.

그러면, 이상과 같은 장치를 사용하여 본 발명에 따른 기판의 배향막 제거 공정을 살펴보기로 한다.

본 발명의 방법에 의해 처리되는 피처리체(100)는 TFT-LCD의 기판 제조 과정에서 불량으로 판정되어 재생되는 것으로서 글래스 기판(101) 위에 폴리이미드와 같은 유기 배향막(102)이 도포되어 있다.

먼저, 반응쳄버(10) 내에 상기 피처리체(100)가 투입된다. 이때, 쳄버 내의압력은 100∼1,000mTorr 정도로 유지된다. 이어서, 상기 반응쳄버(10) 내에는 가스 유입구(14)를 통해 반응가스가 유입되는데, 이때 가스로는 O₂와 함께 SF₆, C₄F₈, CF₄, C₃F₆등과 같은 가스(플라즈마 상태에서 F기를 발생하는 가스로서 이하 'F계 고반응성 가스'라 함)가 사용되며, 바람직하게는 SF₆가 사용되는데 그 이유는 폴리이미드 배향막의 전면적인 제거를 달성하기 위한 재생공정에 있어서 반응을 신속하게 촉진하여 플라즈마를 활동적으로 만드는 작용을 하며, 나아가 가격과 안정성 등을 고려해 볼 때 유리하기 때문이다. 후술하는 바와 같이 상기 F계 고반응성 가스의 분해로 인해 발생하는 F기는 다른 이온과의 반응을 원활하게 하며, O₂는 고반응성 가스에 의해 축중합 반응이 끊어진 고분자의 유니트(unit)와 반응한다. 이때, 상기 가스 유입시에도 반응쳄버(10) 내의 압력은 그대로 유지된다.

이어서 전원(13)으로부터 상기 전극(11)에 대상 기판에 따라 1∼10 kwatt의 고주파전원을 인가하여 F계/O₂플라즈마를 생성시킨다. 그러면, 상기 고반응성 가스는 여기되어 이온화되는데, 예를 들어 고반응성 가스로서 SF₆를 사용한 경우에는 다음과 같이 이온화된다.

SF₆→SF₆ ⁺+ e

SF₆→SF₅ ⁺+ F^-

O₂→O₂ ⁺+ e

O₂ ⁺+ O^-→ O₃

O₂→2O⁺+ 2e

이러한 반응 단계는 2차, 3차 반응이 혼재되어 나타나게 되며, 상기 SF₆ ⁺, SF₅ ⁺, O₃등은 다시 순간적으로 전자를 얻어 SF₆ ^-, SF₅ ⁺, O₃ ^-등과 같이 불안정하고 반응성이 높은 라디칼(Radical)들이 생성된다. 상기 라디칼 이온들은 유기 배향막(102)과 반응하여 이를 분해하고 기체상태로 만들어 배출구(15)를 통해 배출되는데 이를 구체적으로 살펴보면 아래와 같다.

C⁺+ xF^-→CFx

C^-+ O⁺→CO

O^-+ O⁺→O₂

S⁺+ Ox⁺→SOx

N^-+ O₂ ⁺→NO₂

N^-+ O⁺→NO

이상과 같은 반응을 통해 폴리이미드 유기 배향막 성분은 CO, CO₂, NO, NO₂, H₂O 등으로 분해되어 기체상태로 배출구(15)를 통해 배출된다. 본 발명에 따르면 이러한 반응은 기판 전체에 걸쳐 고르게 발생한다. 따라서, 글래스 기판위에 도포된 폴리이미드 배향막(102)이 전면적으로 균일하게 제거될 수 있다. 본 발명의 효과는 다음 실험을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

[실험예]

사이즈 600×700×1mm의 글래스 기판 위에 폴리이미드막이 500Å 두께로 도포된 피처리체를 내용적 100리터(liter) 크기의 플라즈마 반응쳄버 내에 투입하고 진공상태를 만든 후 SF₆/O₂가스를 1,000sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute; 0℃,1기압에서의 양)으로 투입하면서 전극에 1 kwatt의 전원을 인가하여 플라즈마를 생성시켜 20초 동안 반응시켰다.

이어서, 반응이 끝난 후 반응쳄버로부터 기판을 꺼내어 그 표면을 관찰하였다. 그 결과, LCD 패널기판의 경우 1024×768개의 셀(cell)에 대해 결함(defect)이 없는 것으로 나타났으며, 동일한 수의 셀 구동용 TFT에서도 트랜지스터의 특성을 약화시키는 이온 도핑 현상 확률이 제로(0)로 나타났다. 그 외, 컬러 필터가 채용된 기판의 경우에는 본 발명의 방법에 의해 처리된 후 색감도 변화가 2% 미만인 것으로 관찰되었다.

본 발명에 따른 기판의 유기 배향막 제거 방법은 다음과 같은 이점을 가진다.

첫째, 본 발명은 플라즈마 반응쳄버 내에서 건식공정으로 유기 배향막을 제거하므로 대형 설비가 필요없고 운전비용이 저렴할 뿐만 아니라 유지와 운용이 종래의 습식공정에 비해 쉽고 용이하다.

둘째, 종래의 습식공정에서는 폴리이미드 배향막을 2차 소성한 후에는 그 제거가 어려웠으나 본 발명에 따르면 2차 소성 후에도 폴리이미드 막의 완전한 제거가 가능하다. 이것은 종래 배향막의 제거가 어려워 폐기되던 기판을 보다 효과적으로 재생할 수 있음을 의미한다.

셋째, 본 발명은 플라즈마 건식공정으로 폴리이미드 배향막을 제거하므로 종래의 습식공정에서 사용하던 다량의 화학약액을 사용할 필요가 없어 환경오염 등의 문제를 방지할 수 있다.

넷째, 본 발명은 유기 배향막의 성분을 화학반응을 통해 기상으로 제거하므로 종래 화학약액을 중성용액으로 세정하고 이를 건조시키는 등의 부가공정이 필요치 않게 된다.

다섯째, 종래의 습식공정에 있어서는 화학용액의 박리현상이 일어나는 기판의 모서리 부분과 중심부에서의 배향막 제거 정도에 차이가 있어 재생이 불균일할 뿐만 아니라 재생불량율이 비교적 높았으나 본 발명의 경우에는 플라즈마를 이용한 화학반응으로 배향막을 전체적으로 일시에 제거하므로 제거 정도의 차이가 발생하지 않고 그로 인한 불량율 또한 현저히 줄일 수 있다.

Claims

전극에 인가되는 고주파전원에 의해 플라즈마를 발생하는 플라즈마 장치를 이용하여 글래스 기판위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는 방법으로서,

상기 유기 배향막이 도포된 글래스 기판을 상기 플라즈마 반응쳄버 내에 투입하고 100∼1,000mTorr 정도로 압력을 유지시키는 단계;

상기 반응쳄버 내에 O₂를 포함하는 F계 고반응성 가스를 투입하면서 상기 압력을 유지시키는 단계;

상기 플라즈마 쳄버장치의 전극에 대상 기판에 따라 1∼10 kwatt의 전원을 인가하여 F계/O₂플라즈마를 발생시키는 단계; 및

상기 플라즈마에 의해 여기된 라디칼 이온들이 상기 유기 배향막과 전면적으로 화학반응함으로써 CO, CO₂, NO, NO₂, H₂O 등의 기체상태로 분해되어 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 F계 고반응성 가스는 SF₆, C₄F₈, CF₄, 또는 C₃F₆중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 글래스 기판위에 도포된 유기 배향막을 제거하고 이를 재생하는방법.