KR200380883Y1 - 평판램프 제조용 성형유리기판 세정장치 - Google Patents

평판램프 제조용 성형유리기판 세정장치 Download PDF

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KR200380883Y1 KR20-2004-0031247U KR20040031247U KR200380883Y1 KR 200380883 Y1 KR200380883 Y1 KR 200380883Y1 KR 20040031247 U KR20040031247 U KR 20040031247U KR 200380883 Y1 KR200380883 Y1 KR 200380883Y1
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Abstract

본 고안에 의한 장치는 LCD 백라이트용으로 쓰이는 평판램프 제조용 성형유리기판을 세정하기 위한 장치이다. 본 장치는 다음과 같은 일련의 세정공정들을 수행하는 모듈들로 구성되어 있으며 다음과 같은 순서로 이루어져 있다. 본 장치에 작업자가 유리기판을 직접 투입하기 위한 로딩 컨베어 모듈(1), DI워터를 압축 분사하여 유리기판 표면의 먼지 및 미세입자를 1 차 세정하는 공정을 수행하기 위한 '전 세정 모듈(3)', DI 워터를 고압 진동 분사하여 표면의 먼지 및 미세입자 제거를 위한 2 차 세정을 하고 유리기판 표면에 흡착된 미세입자를 제거하는 1 차 세정공정을 수행하기 위한 '고압분사 세정모듈(4)', 유리기판 표면에 흡착된 미세입자 제거를 위한 2 차 세정공정을 더 엄밀하게 다시 한번 수행하고 유리기판 표면에 흡착된 유기오염물도 제거하는 공정을 수행하기 위한 '롤 부러쉬 세정모듈(5)', 유리기판 표면에 부유하는 먼지 및 미세입자를 제거하는 공정을 수행하기 위한 '최종 세정모듈(6)', 세정된 유리기판의 표면을 건조하는 공정을 수행하기 위한 상온 '에어 나이프 건조모듈(7) 및 가열 에어 나이프 건조모듈(8)', 일련의 세정공정 및 건조공정이 완료된 유리기판을 연속 배출하는 공정을 수행하기 위한 '언로딩 컨베어모듈(10)',로 구성되어 있다.
또한 본 고안은 세정기능이 충분히 발휘 되도록 세정공정 순서 및 공정순서에서의 각각의 공정내용을 제공한다.

Description

평판램프 제조용 성형유리기판 세정장치{Cleaning equipment for wave glass plate producing flat-lightening lamp}
웨이퍼나 LCD 용 유리기판에 존재하는 오염물은 표면에 흡착되어 있는 물리적 오염물과 표면에 결합되어 있는 화학적 오염물로 구분 할 수 있다. 반도체 제조에서 웨이퍼나 LCD 용 유리기판의 부착 먼지, 표면흡착 미립자, 유기오염물, 금속입자 오염물을 제거하는 정도에 따라 성능 및 수율에 큰 영향을 미친다.
건식세정은 화학적 오염물 제거에 비중을 두고 있으며 습식세정에서 화학적 오염물 제거는 화학약액 용매에 오염물을 용해시키거나 용해 가능한 물질로 변화시켜 제거하는 선택적 반응에 의존한다. 물리적 오염물 제거는 주로 습식세정 방법을 적용하는데 DI 워터와 기계적 방법 즉, 브러쉬(Brush), 울트라소닉(Ultrasonic) 또는 메가소닉(Megasonic)이 있다. 브러쉬 스크러빙은 고전적인 방법으로서 브러쉬와 오염물이 직접 접촉하는 것이 아니라 부러쉬가 회전할 때 브러쉬와 오염물사이에 형성된 수막을 끌어 당기므로써 오염물이 제거 된다. 메가소닉은 비접촉 세정방법으로서 음파의 진동에 의해 오염물에 물리적인 힘이 가해져서 오염물이 제거된다.
습식세정에는 화학용매(H2SO4, NH4OH, H2O2, HCl)와 DI 워터가 다량으로 필요하고 세정력이 떨어질 뿐 아니라 화학용매가 환경적으로 유해하다는 단점을 안고 있다. 이에 대한 방법으로써 습식세정 방법에 기반하여 고순도 오존을 용해시킨 초순수(DIO3 : Ozonated DI Water)를 사용하는 방법이 적용되고 있다. DIO3 방식의 습식세정은 환경 유해 물질을 전혀 발생시키지 않으며 DI 워터의 사용량을 줄이면서 반도체 웨이퍼의 입자 제거능력을 증가 시키는 기술로 평가되고 있다.
건식세정방법의 종류는 세정액을 증발시켜 발생된 증기가 오염물을 분리해 제거해 주는 증기세정법(Vapor phase cleaning), UV의 고분자 분해능력을 이용하여 UV를 O3 와 함께 사용하여 고분자 오염물을 제거하는 UV/O3세정법, UV를 Cl2와 함께 사용하여 금속 오염물을 제거하는UV/Cl2 세정법, 화학적 방법으로서 산소와 같은 활성원소 플라즈마를 이용하여 유기물 오염물을 제거하거나 물리적 방법으로서 불화성 원소 플라즈마 이온을 고 에너지 상태로 표면 오염물에 충돌시켜 제거하는 플라즈마세정(Plasma cleaning)법, 불화성 원소 플라즈마 이온을 가속시켜 표면 오염물에 충돌시켜 물리적 방법으로 제거하는 스퍼터링 세정(Sputtering cleaning) 방법들이 적용되고 있다.
반도체 제조에서는 습식세정은 액체의 표면장력으로 패턴이 파괴되는 경우가 발생되는데 이에 대한 대안으로 차세대 세정방법으로 제시되고 있는 것이 초임계유체(Super Critical Fluid)를 이용한 세정방법이다. CO2의 경우 31도, 7.3 MPa에서 표면장력이 영이 된다. 이 밖에도 저온 에어로졸 기반의 세정기술(Cryogenic Aerosol-based Technology)과 Laser 빔이나 Nanoprobe를 이용하여 각각의 오염물 입자를 타겟으로 하여 제거하여 나가는 영역 세정기술(Local Area Cleaning Technology)이 제시되어 연구개발 되고 있다.
본 고안은 LCD 백라이트용으로 쓰이는 평판램프 제조용 유리기판을 세정하는 장치에 관한 것이다. 평판램프 제조용 유리기판 세정은 반도체 웨이퍼 세정에 비해서는 공정의 엄밀성이 낮게 적용될 수 있으나 LCD 용 유리기판 세정에 준하는 공정의 엄밀성은 유지해야 한다. 본 고안은 주로 유리기판 표면에 존재하는 물리적 오염물을 제거하는 것을 비중을 두고 있다.
대한민국 등록특허공보(등록번호 10-0323502)에는 액정표시패널 제조과정에서 전극 및 배향막을 형성한 후의 러빙공정에서 부착된 이물질을 제거하기 위해 습식세정을 실행하는데 이때 초음파 세정, 고압 분사세정, 샤워 린스, 에어 나이프 건조의 순서로 수행되는 공정이 제시되어 있다. 또한 샤워 린스공정에 사용된 물은 고압 분사세정에 재사용되고 고압 분사세정에 사용된 물은 초음파 세정에 재사용되고 초음파 세정에 사용된 물은 배수되는 세정수의 재사용 방법이 제시되어 있다.
상기 장치에서는 건조시 상온 에어나이프 1 곳만 사용하기 때문에 건조완료시 까지 다소 시간이 걸려 생산성이 떨어지는 요인이 되고 세정수를 세 번에 걸쳐 재활용하기 때문에 청결성에 문제가 발생될 수 있다.
대한민국 공개특허공보A(공개번호 특2003-0083200)에는 뱃치타입의 세정장치를 제시하고 있다. 이 장치는 챔버와 챔버에 유리기판을 로딩하는 로딩장치, 세정액 분사를 위한 다수의 노즐, 세정액을 공급하는 세정액 탱크, 세정액 압축펌프, 공기압축 컴프레셔가 주요 구성요소인데 노즐블럭과 세정액 탱크사이에 세정액 공급제어밸브를 설치하고 아울러 노즐블럭과 공기압축 컴프레셔 사이에 세정액 귀환제어밸브를 설치하여 이 제어밸브를 주기적으로 개폐하여 세정액의 분사압력을 높여 세정능력을 향상시킬 수 있음을 제시하고 있다. 이러한 세정장치에서는 챔버의 동일한 공간에서 모든 공정 즉, 유리기판을 챔버에 장착 → 세정공정수행 → 건조 → 챔버에서 유리기판 탈착이 이루어지기 때문에 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 세정공정 수행시 일련의 공정들이 각각 독립적인 공간에서 수행되는 것이 아니기 때문에 이질적인 공정은 포함하기 어려운 문제가 있다.
본 고안은 LCD 백라이트용으로 쓰이는 평판램프 제조용 유리기판을 세정하는 장치를 제작하는데 있어서 공정의 엄밀성은 LCD 용 유리기판 세정에 준하고 유리기판 표면에 존재하는 부착 먼지, 표면흡착 미립자, 흡착된 유기오염물 및 금속입자오염물 등 물리적 오염물에 대해서 습식세정 방법을 적용한 세정장치를 제작하고 세정공정을 확립하는 것을 목적으로 한다. 또한 각 공정에 대해서 가장 적절한 조건에서 공정이 수행되는 모듈들이 일련의 공정들을 연속으로 진행하여 유리기판 투입→세정→건조→유리기판 배출이 인라인으로 진행되어 세정공정의 안정성과 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
LCD 백라이트용으로 쓰이는 평면램프 제조용 성형유리기판 표면에 존재하는 먼지, 표면에 흡착된 미세입자, 표면에 흡착된 유기오염물을 제거하는 인라인 습식 유리기판 세정장치의 구조 및 각 공정을 수행하는 모듈의 구조를 제공하며 세정기능이 충분히 발휘 되도록 세정공정 순서 및 공정순서에서의 각각의 공정내용을 제공하는데 있다. 또한 장치의 구조에 있어서 각각의 공정내용을 수행하는 모듈의 구체적인 구조를 제공하는데 있다.
본 고안에 의한 장치를 도2 와 도3에 표현하였다. 본 장치는 로딩 컨베어 모듈(1), 전 세정 모듈(3), 고압분사 세정모듈(4), 롤 부러쉬 세정모듈(5), 최종 세정모듈(6), 에어 나이프 건조모듈(7), 가열 에어 나이프 건조모듈(8), 언로딩 컨베어모듈(10)로 구성되어 있다. 이들 각 모듈을 통한 개략적인 공정 흐름도를 도1에 도시하였다.
로딩 컨베어 모듈(1)(Loading Conveyor Module)은 유리기판(16)의 세정공정을 위해 본 장치에 장입하기 위한 부위이다. 150 mm 간격으로 컨베어 롤러(15)를 설치하여 동작되며 동작속도는 0.4∼0.8 m/s 범위내에서 변경가능하다. 유리기판 가장자리의 손상을 방지하기 위해 PP 롤러 가이드 방식을 체택하였다. 작업자가 직접 투입을 하며 투입 여부 및 정위치 확인은 마이크로광센서를 네 곳에 설치하여 확인한다.
전 세정 모듈(3)(Pre Rinse Module)에서는 로딩 컨베어(1)에서 연속적으로 반입된 유리기판(16)을 DI 워터를 이용하여 유리기판 표면의 먼지 및 미세입자를 1 차 세정하는 공정을 수행한다. 입구의 에어커튼(2)은 DI 워터가 유리기판을 타고 로딩컨베어모듈(1) 영역으로 흘러 들어가는 것을 방지하고 반대로 로딩 컨베어 모듈(1) 영역 및 외부에서 전 세정모듈(3)로 오염물이 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 에어 노즐(17)은 상하 각각 1 열씩 배열되어 있고 에어라인(18)의 압력은 1 MPa이다. 전 세정모듈(3)의 DI 워터 샤워부는 상하 각각 4 열로 노즐이 배열되어 있고 설비 외부에 설치된 150L 용량의 DI 워터탱크(12)로부터 펌프에 의해 0.05∼0.2 MPa의 압력으로 DI 워터를 주입하여 배열된 상하 노즐을 통해 유리기판에 분사한다. 분사 시 DI 워터의 온도는 상온이고 물방울 입자 사이즈는 지름이 10∼100 마이크로 미터이다. 분사압력은 유리기판의 세척정도를 좌우하는 중요한 요소이기 때문에 압력의 상한치와 하한치의 설정 및 경보장치를 설치하였다. 전 세정모듈(3)에서 사용된 DI 워터는 첫 번째 세정단계에서 사용된 물로서 오염물이 많이 포함되어 있기 때문에 재사용되지 않고 외부로 유출된다. 전 세정모듈(3)의 공정과정을 이동시키는 구동부는 속도가 연동 조절되는 구동 모터와 마그네틱 기어 및 컨베어 롤러 샤프트 및 PVA(Polyviniyl Alcohol) 스펀지 롤러를 이용하여 0.4∼0.8m/min 의 속도로 구동된다.
고압분사 세정모듈(4)(High Pressure Spray Rinse Module)에서는 전 세정 모듈(3)에서 유리기판 표면의 먼지 및 미세입자를 세정하여 연속적으로 반입된 기판을 DI 워터탱크(12)로부터 펌프에 의해 0.1∼0.12 MPa 로 고압 진동 분사하여 표면의 먼지 및 미세입자 2 차 제거 세정과 동시에 유리기판 표면에 흡착된 미세입자에 대한 1 차 제거 세정공정을 수행한다. DI 워터 분사시 온도는 상온이고 물방울 입자사이즈는 지름이 10∼100 마이크로 미터이다. 압력은 상한치와 하한치의 설정되어 있고 경보장치가 설치되어 있다. 노즐은 상하 2 열로 배열되어 있다. 고압분사세척공정에서 사용된 DI 워터는 0.5 마이크로 미터의 미세입자까지 걸러지는 멤브레인 필터를 통과시켜서 설비외부에 설치된 탱크(12)로 보내져 재활용된다. 고압세정공정 과정을 이동시키는 구동부는 속도가 연동 조절되는 구동 모터와 마그네틱 기어 및 컨베어 롤러 및 PVA 스펀지 롤러를 이용하여 0.4∼0.8m/min 의 속도로 구동된다.
고압분사 세정모듈(4)에서 공정이 진행된 유리기판은 롤 부러쉬 세정모듈(5)(Roll Brush Rinse Module)로 연속 이송되어 유리기판 표면에 흡착된 미세입자 2차 제거 세정공정을 한번 더 엄밀하게 수행하고 이 과정에서는 유리기판 표면에 흡착된 유기오염물도 동시에 제거 된다. 브러쉬는 상하 각각 2 열씩 배열되어 있고 브러쉬 사이에 DI 워터분사 노즐이 상하 각각 2 열이 배열되어 있어서 브러쉬를 회전하여 유리기판 표면을 스크러빙(Scrubbing)함과 동시에 DI 워터를 탱크로부터 펌프에 의해 0.05∼0.2 MPa의 압력으로 주입 분사하여 브러쉬 스크러빙 작업시 오염물제거가 용이하게 되도록 유리기판에 수막을 형성시키고 표면에서 떨어져 나온 미세입자 등 오염물을 흘려보내 제거한다. DI 워터 분사시 온도는 상온이고 물방울 입자사이즈는 지름이 10∼100 마이크로 미터이다. 롤 브러쉬 세정공정에서 사용된 DI 워터는 0.01 마이크로 미터의 미세입자까지 걸러지는 멤브레인 필터를 통과시켜서 설비외부에 설치된 탱크(12)로 보내져 재활용된다. 롤 부러쉬 세정공정 과정을 이동시키는 구동부는 속도가 연동 조절되는 구동 모터와 마그네틱 기어 및 SUS304 연마봉 및 PVA 스펀지 롤러를 이용하여 0.4∼0.8m/min 의 속도로 구동된다.
최종 세정모듈(6)(Final Rinse Module)에서는 롤 부러쉬 세정모듈(5)에서 유리기판이 연속적으로 이송되어 오면 앞 공정들에서 유리기판 표면에 존재하는 오염물들을 제거하는 공정을 수행하는 동안 배수되는 DI 워터와 함께 흘러나가지 않고 유리기판 표면에 부유하는 미세입자 및 오염물을 DI 워터를 분사 샤워하여 최종적으로 제거하는 세정공정이다. 분사 노즐은 상하 각각 5열 씩 배열되어 있고 DI 워터탱크(12)로부터 펌프에 의해 0.05∼0.2 MPa의 압력으로 주입하여 분사 샤워한다. DI 워터 분사시 온도는 상온이고 물방울 입자 사이즈는 지름이 100∼500 마이크로 미터이다. 최종세정에서는 DI 워터를 충분히 분사샤워하므로 DI 워터의 소모가 가장 많은 공정이다. 최종세정공정 과정을 이동시키는 구동부는 속도가 연동 조절되는 구동 모터와 마그네틱 기어 및 SUS304 연마봉 및 PVA 스펀지 롤러를 이용하여 0.4∼0.8m/min 의 속도로 구동된다. 최종세정공정에서 사용된 DI 워터는 0.01 마이크로미터 이하의 미세입자까지 걸러지는 멤브레인 필터를 통과시켜서 설비외부에 설치된 탱크(12)로 보내져 재활용된다.
에어 나이프 모듈(7,8)(Air Knife Module)에서는 앞 단계에서 DI 워터를 이용한 세정공정이 수행된 후 유리기판의 상하 표면에 존재하는 수분을 제거하기 위한 공정을 수행한다. 최종 세정공정 과정을 지나 연속 이송된 유리기판을 먼저 상하에 배열된 에어노즐(19)을 이용하여 링 부로와 유닛(13)(Ring Blower Unit)을 통해 공급된 상온의 에어를 분사시켜 유리기판의 수분을 비산 시킨 후에 가열 링 부로와 유닛(14)(Hot Ring Blower Unit)에서 공급된 가열된 에어를 노즐을 통해 분사시켜 유리기판 표면에 존재하는 잔류 수분을 증발건조 시킨다. 가열 링 부로와 유닛(14)에서 공급된 에어의 온도는 정상상태에서는 30∼40도이고 최고온도는 70∼80도이다. 링 부로와 유닛(13) 및 가열 링 부로와 유닛(14)에서 공급되는 에어는 모두 0.01 마이크로 미터 멤브레인 필터를 통해 미세입자가 제거되어 공급된다. 에어 나이프 모듈공정 과정을 이동시키는 구동부는 다른 모듈에서와 마찮가지로 속도가 연동 조절되는 구동 모터와 마그네틱 기어 및 컨베어 롤러 및 PVA 스펀지 롤러를 이용하여 0.4∼0.8m/min 의 속도로 구동된다. 출구에는 에어커튼(9)이 설치되어 있어서 에어나이프 모듈(7,8)의 공정을 지나는 동안 DI 워터가 언로더 모듈(10)로 흐르는 것을 방지하고 또한 외부에서 인라인 내부로 오염물이 유입되는 것을 방지하여 준다.
언로딩 컨베어 모듈(10)(Unloading Conveyor Module)은 일련의 세정공정 및 건조공정이 완료된 유리기판을 연속 배출하는 공정을 수행한다. 배출된 유리기판(20)은 작업자의 손이 접촉되지 않도록 이동지그에 장입되어 작업자가 직접 배출한다. 이동지그에 장입하기 위한 정위치 확인 및 배출여부는 마이크로광센서를 설치하여 확인한다.
LCD 백라이트용으로 쓰이는 평판램프 제조용 성형유리기판을 세정하는 데 있어서 유리기판 투입에서부터 배출까지 자동화된 인라인 공정으로 세정이 이루어져 생산성이 향상된다.
일련의 세정공정 즉, DI 워터를 압력 0.05∼0.2 MPa 분사공정, DI 워터를 0.1∼0.12 MPa의 고압 진동 분사공정, 브러쉬 스크러빙과 동시에 DI 워터를 0.05∼0.2 MPa의 압력으로 분사하는 공정을 통해 유리기판 표면에 존재하는 물리적 오염물 즉, 먼지뿐만 아니라 표면에 흡착된 미세입자 및 유기오염물까지도 제거한다.
도 1 : 본 고안에 의한 세정공정 설명도
도 2 : 본 고안에 의한 유리기판 세정장치 측면도
도 3 : 본 고안에 의한 유리기판 세정장치 평면도
도 4 : 본 고안에 의한 유리기판 세정장치 공정도
도 5 : 본 고안에 의한 세정이 가능한 성형유리기판도
＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞
1 : 로딩 컨베어 모듈
2 : 전 세정 모듈의 입구 에어커튼
3 : 전 세정 모듈
4 : 고압분사 세정모듈
5 : 롤 브러쉬 세정모듈
6 : 최종 세정모듈
7 : 상온에어 나이프 모듈
8 : 가열 에어 나이프 모듈
9 : 출구 에어 커튼
10 : 언로딩 모듈
11, 12 : DI 워터 탱크
13 : 상온 에어 링 브로와 유니트
14 : 상온 에어 링 브로와 유니트
15 : 컨베어 롤러
16 : 유리기판
17 : 입구 에어커튼 에어노즐
18 : 브러쉬
19 : 배출된 유리 기판
20 : 성형 유리기판

Claims (6)

  1. LCD 백라이트용으로 쓰이는 평면램프 제조용 성형유리기판 표면에 존재하는 먼지, 표면에 흡착된 미세입자, 표면에 흡착된 유기오염물을 제거하는 인라인 습식 유리기판 세정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 성형유리기판을 습식세정하여 각종 오염물을 제거하기 위한 공정으로서 세정기능을 발휘 할 수 있도록 로딩 컨베어 모듈(1), 전 세정 모듈(3), 고압 분사 세정모듈(4), 롤 부러쉬 세정모듈(5), 최종 세정모듈(6), 에어 나이프 건조모듈(7), 가열 에어 나이프 건조모듈(8), 언로딩 컨베어모듈(10)의 모듈들이 인라인 구조로 배치된 세정공정.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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