KR20140059585A - 기판 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 세정장치에 관한 것으로, 특히 기판으로 미세버블을 분사하여 기판을 세정하는 기판 세정장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 버블젯세정장치를 기판과 평행하게 일정간격 이격하여 위치하며, 버블젯세정장치가 기판의 상부측으로부터 하부측으로 갈수록 기판의 경사면에 대응하여 길이방향의 양단의 상부면과 하부면 사이의 폭이 점차로 줄어드는 형태로 형성하며, 또한, 세정액이 토출부를 통해 미세 입자 형태로 외부로 분사되는 과정에서 미세버블이 생성되도록 하는 것이다.
이를 통해, 기판 상에 세정액이 균일하게 존재하도록 할 수 있으며, 세정액의 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 미세한 입경의 이물을 제거하는데 매우 탁월한 미세버블을 통해 기판을 보다 효과적으로 세정할 수 있다.
또한, 기판 상에 형성된 박막의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 유기이물질을 세정하는 과정에서 화학적세정액과 플라즈마처리에 비해 친환경적이며, 공정비용을 절감할 수 있다.

Description

기판 세정장치{Cleaning apparatus for substrate}

본 발명은 기판 세정장치에 관한 것으로, 특히 기판으로 미세버블을 분사하여 기판을 세정하는 기판 세정장치에 관한 것이다.

근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.

이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

한편, 이 같은 평판표시장치 제조공정에는 기판 표면에 소정물질의 박막층을 형성하는 박막증착(deposition)공정, 박막의 선택된 일부를 노출시키는 포토리소그라피(photo lithography)공정, 박막의 노출된 부분을 제거하여 목적하는 형태로 패터닝(patterning) 하는 식각(etching) 공정이 수 차례 반복 포함되며, 그 외에도 세정과 절단 등의 수많은 공정이 수반된다.

이중 세정공정은 그 외 공정에 대한 신뢰도 향상은 물론 불량률 저감을 위해 빼놓을 수 없는 중요한 공정으로서, 평판표시장치 전체 제조공정의 30% 이상의 비중을 차지하며 특히 기판 사이즈(size)가 대면적화 되는 현 추세에 있어서 불량감소에 따른 비용절감 측면을 고려할 경우 갈수록 그 중요성을 더해 가고 있다.

그리고 이 같은 기판 세정공정은 통상 기판이송과 동시에 진행되는 이른바 인라인(in-line) 방식을 채택하여 시간과 비용의 절감을 꾀하고 있으며, 이러한 인라인 방식은 IPA(Isopropyl Alcohol) 또는 DI(Deionized) 세정액을 기판 상에 분사하여 세정을 한다.

그러나, IPA(Isopropyl Alcohol) 또는 DI(Deionized) 세정액을 분사하여 기판 상의 이물질을 제거하는 세정공정은 기판 상의 미세이물을 제거하기에는 효과적이지 못하다.

따라서, 세정되지 못한 미세이물들이 기판 상에 잔존하게 되고, 이와 같이 잔존하는 미세이물에 의해 후속 공정에 제품의 불량을 유발하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 평판표시장치의 기판 세정공정의 세정력을 더욱 향상시키고자 하는 것을 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판을 기울여 이송하는 기판이송유닛과; 상기 기판 상부에 위치하며, 상기 기판과 평행하며 슬릿노즐이 형성된 하부면과, 상기 기판의 상부측에 대응하는 일단으로부터 멀어질수록 상기 하부면과 가까워지는 경사면으로 이루어지는 상부면과, 상기 하부면과 상부면을 연결하며 내부로 가압용해수가 공급되는 공급로를 정의하는 측면으로 이루어지는 버블젯세정장치를 포함하며, 상기 슬릿노즐을 통해 상기 가압용해수를 상기 기판 상에 분사하는 과정에서, 상기 슬릿노즐의 끝단에서 미세버블(micro bubble)이 생성되는 기판 세정장치를 제공한다.

이때, 상기 버블젯세정장치는 상기 기판 상부를 가로지르는 바(bar) 형상으로, 상기 가압용해수가 공급되는 상기 공급로와, 상기 가압용해수를 외부로 분사하기 위한 상기 슬릿노즐을 포함하며, 상기 일단을 통해 상기 공급로로 외부로부터 가압용해수를 공급받으며, 상기 버블젯세정장치는 상기 일단으로부터 타단으로 갈수록 상기 슬릿노즐을 통해 분사되는 상기 가압용해수의 분사량이 작아진다.

그리고, 상기 버블젯세정장치의 상기 일단의 폭과 상기 타단의 폭의 비는 0.4 ~ 0.8이며, 상기 가압용해수는 순수(DI)에 공기, N2, H2, CO2 등이 용해되어 이루어진다.

또한, 상기 슬릿노즐은 상기 공급로로부터 상기 가압용해수를 공급받는 유입부와, 상기 가압용해수를 외부로 분사하는 상기 토출부 그리고 상기 유입부와 상기 토출부 사이에 위치하며, 상기 유입부에 비해 작은 직경을 가지며 상기 토출부를 향할수록 점차적으로 직경이 넓어지는 가압부를 포함하며, 상기 미세버블은 수 ~ 수십㎛의 사이즈를 가지며, 상기 유입부와 상기 가압부를 거쳐 상기 토출부를 통해 외부로 토출되는 과정에서, 상기 가압용해수로부터 분리된다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 버블젯세정장치를 기판과 평행하게 일정간격 이격하여 위치하며, 버블젯세정장치가 기판의 상부측으로부터 하부측으로 갈수록 기판의 경사면에 대응하여 길이방향의 양단의 상부면과 하부면 사이의 폭이 점차로 줄어드는 형태로 형성하며, 또한, 세정액이 토출부를 통해 미세 입자 형태로 외부로 분사되는 과정에서 미세버블이 생성되도록 함으로써, 이를 통해, 기판 상에 세정액이 균일하게 존재하도록 할 수 있는 효과가 있으며, 세정액의 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 미세한 입경의 이물을 제거하는데 매우 탁월한 미세버블을 통해 기판을 보다 효과적으로 세정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기판 상에 형성된 박막의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 유기이물질을 세정하는 과정에서 화학적세정액과 플라즈마처리에 비해 친환경적이며, 공정비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 미세버블을 생성하기 위한 추가 분사노즐 등을 생략할 수 있어, 미세버블 생성량 감소 및 크기가 증가되는 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 버블젯세정장치의 구성을 단순화할 수 있어, 공정 비용을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 평판표시장치의 제조공정을 단계적으로 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 기판 세정공정에 따른 시스템을 간략하게 나타낸 블록도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 다른 버블젯세정장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3b는 도 3a의 단면도.
도 3c는 도 3a의 정면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치의 미세버블 형성을 위한 최적의 구성을 형성하기 위한 실험결과.
도 5a ~ 5d는 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치의 세정력을 측정한 실험 결과.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치를 포함하는 버블젯 세정유닛을 개략적으로 도시한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 평판표시장치의 제조공정을 단계적으로 도시한 흐름도로, 평판표시장치 중 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고 동화상 표시에 적합하며 소비전력이 적어, 노트북, 모니터, TV 등의 다양한 분야에서 활용되고 있는 액정표시장치를 일예로서 설명하도록 하겠다.

액정표시장치는 먼저, TFT-LCD 셀(cell) 공정(St10)을 진행하는데, 이러한 셀 공정(St10)을 통해 액정셀을 형성한다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, TFT-LCD 셀 공정(St10)은 크게 컬러필터기판과 어레이기판 형성(St11), 배향막 형성(St12), 실패턴 및 스페이서 형성(St13), 액정주입(St14), 합착(St15), 절단(St17) 그리고, 검사공정(St17)으로 이루어진다.

이에, TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 1 단계(St11)는, 컬러필터기판인 상부기판과 어레이기판인 하부기판을 각각 형성하는 단계이다.

이때, 어레이기판 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결된다.

그리고 컬러필터기판 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비되고, 이들을 덮는 투명 공통전극이 구비된다.

제 2 단계(St12)는, 컬러필터기판과 어레이기판 상에 배향막을 형성하는 단계이며, 배향막의 도포 및 경화 그리고, 러빙(rubbing)처리 공정이 포함된다.

제 3 단계(St13)는, 컬러필터기판과 어레이기판 사이에 개재될 액정이 새지 않도록 실패턴을 인쇄하고, 컬러필터기판과 어레이기판 사이의 갭을 정밀하고 균일하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서를 산포하는 공정이다.

TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 4 단계(St14)는, 양 기판 중 선택된 한 기판 상에 액정을 적하하는 단계이며, 제 5 단계(St15)는, 컬러필터기판과 어레이기판의 합착공정 단계이며 이후, 기판을 셀 단위로 절단하는 제 6 단계(St16)를 진행한다.

마지막으로 TFT-LCD 셀 공정(St10)의 제 7 단계(St17)는 액정셀의 검사 공정이다. 검사 공정을 거쳐 양질의 액정셀을 선별하게 된다.

이로써, TFT-LCD 셀(cell) 공정(St10)이 완료되며, 액정셀을 완성하게 된다.

다음으로, 완성된 액정셀의 어레이기판 및 컬러필터기판의 각 외측으로 편광판을 부착하는 편광판 부착공정(St20)을 진행하는데, 편광판은 액정셀을 중심으로 양면에서 광원을 직선광으로 바꿔주는 역할을 한다.

그리고, 다음으로 구동회로 부착공정(St30)을 진행하는데, 구동회로는 액정셀의 어레이기판과 전기적 신호를 연결하는 구동회로를 테이프 캐리어 패키지(Tape carrier package : TCP) 상에 직접 실장하는 TAB방식으로, 액정셀에 부착한다.

이로써, 실제 구동 가능한 액정패널을 완성하게 된다.

이 같은 구동회로는 액정패널의 게이트라인으로 박막트랜지스터의 온/오프(on/off) 신호를 스캔 전달하는 게이트구동회로 그리고 데이터라인으로 프레임별 화상신호를 전달하는 데이터구동회로로 구분되어 액정패널의 서로 인접한 두 가장자리로 위치될 수 있다.

이에 상술한 구조의 액정패널은 스캔 전달되는 게이트구동회로의 온/오프(on/off) 신호에 의해 각 게이트라인 별로 선택된 박막트랜지스터가 온(on) 되면 데이터구동회로의 신호전압이 데이터라인을 통해서 해당 화소전극으로 전달되고, 이에 따른 화소전극과 공통전극 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율 차이를 나타낸다.

다음은 셀 테스트 공정(St40)으로, 셀 테스트 공정은 구동회로까지 부착된 하나의 액정패널이 완성되면 이를 완전히 구동하여 디스플레이 가능한지를 검사한다.

이러한 검사 공정을 거쳐 양질의 액정패널을 선별하게 된다.

다음은 백라이트 유닛 조립 및 케이스 조립공정(St50)으로, 백라이트 유닛 조립공정은 액정패널 하면에 광원과, 광원을 가이드 하는 광원가이드와, 광원으로부터 입사된 빛을 액정패널 방향으로 진행하게 하는 도광판 및 다수의 광학시트를 포함한다.

또는, 이상의 설명에 있어서 도광판을 사용하는 에지(edge)형 방식에 대해 설명하였지만, 도광판을 생략한 상태로 다수개의 광원을 액정패널 하부에 나란하게 배열하는 직하(direct)형도 가능하다.

백라이트 유닛 조립공정 후 케이스 조립을 한다. 케이스 조립은 탑커버과 서포트메인 그리고 커버버툼을 통해 모듈화 되는데, 탑커버는 액정패널의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이"ㄱ"형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버의 전면을 개구하여 액정패널에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.

또한, 액정패널 및 백라이트 유닛이 안착하여 액정표시장치모듈 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이의 네 가장자리를 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.

또한, 이러한 커버버툼 상에 안착되며 액정패널 및 백라이트 유닛의 가장자리를 두르는 서포트메인이 탑커버 및 커버버툼과 조립 체결되어 액정표시장치모듈을 완성한다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 액정표시장치는 액정패널을 구성하는 컬러필터기판과 어레이기판은 다수의 기계적, 화학적 처리공정을 수반하므로, 각 공정 이후 표면을 세정하는 세정공정이 필수적으로 뒤따른다.

도 2는 본 발명에 따른 기판 세정공정에 따른 시스템을 간략하게 나타낸 블록도이다.

도시한 바와 같이, 기판 세정시스템은 각각 다른 원리로 세정을 수행하는 다수의 세정유닛이 처리대상물인 기판(111)의 이동경로를 따라 늘어선 인라인(in-line) 방식 형태로 이루어지며, 세정하기 위한 기판(111)은 처음의 로더(110a)로부터 오존(ozone) 세정유닛(112), 브러쉬(brush) 세정유닛(114), 버블젯(bubble jet) 세정유닛(200) 그리고, 소정각도로 회전시키기 위한 상, 하류컨베이어(118), 린싱 세정유닛(120), 드라이(dry) 세정유닛(122)을 차례로 경유한 후 언로더(110b)에 도달된다.

각각을 좀더 구체적으로 살펴보면, 먼저 로더(110a)에는 세정을 위한 복수의 기판(111)이 수납된 카세트(cassette)가 놓여지게 되고, 이러한 카세트 내의 기판(111)은 인컨베이어(미도시)에서 본 발명에 따른 세정시스템으로 적재되어 이동한다.

다음으로 기판(111)은 로더(110a)를 통해 세정시스템 내의 트랙(track)으로 진입되고, 이후 오존 세정유닛(112)에서 기판(111) 상에 엑시머레이저(excimer laser) 등을 통한 자외선(UV)을 조사해서 잔류 유기물 등의 불순물을 1차 세정한다.

다음으로, 브러쉬 세정유닛(114)을 통해 회전하는 롤 브러쉬(roll brush)로 기판(111) 표면의 청결도를 향상시키는데, 브러쉬 세정유닛(114)은 1차 세정 후에도 남아 있는 기판(111) 상의 오염 물질을 롤 브러쉬를 이용하여 털어내어, 기판(111) 상의 이물질을 2차 세정한 뒤, 버블젯 세정유닛(200)을 통해 기판(111) 표면에 세정액을 분사하여 이물질을 3차 세정하게 된다.

이때, 본 발명의 기판 세정시스템은 버블젯 세정유닛(200)을 통해 미세버블을 기판(111) 표면에 균일하게 분사하여, 기판(111)을 보다 효과적으로 세정할 수 있으며, 때론 오존 세정유닛(112) 대체로도 적용이 가능하다.

이는 버블젯 세정유닛(200)에 구비되는 버블젯세정장치(210, 도 3a 참조)의 길이방향의 양단의 두께가 다르게 형성하여, 기판(111) 상에 미세버블과 세정액을 균일하게 분사할 수 있으며, 버블젯세정장치(210, 도 3a 참조)에서 세정액이 외부로 분사되는 순간 미세버블을 발생시킴으로써 미세버블을 기판(111) 상에 균일하게 분사할 수 있기 때문이다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

3차 세정이 끝난 기판은 린싱 세정유닛(120)을 통해 기판(111) 표면에 순수(Deionized Water : DI) 등의 세정액을 분사하여 최종적인 세정을 진행하고, 드라이 세정유닛(122)에서는 기판(111)의 상,하단에서 기판(111)을 향해 각각 고압의 CDA(Clean Dry Air)를 분사하는 에어나이프가 마련되어 이를 통해 기판(111) 앞 뒷면의 잔류수분을 제거하게 된다.

이후 본 발명에 따른 세정시스템을 거친 기판(111)은 언로더(110b)로 하역되어, 대기 중인 별도의 카세트에 수납한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 다른 버블젯세정장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 단면도이며, 도 3c는 도 3a의 정면도이다.

여기서, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치의 미세버블 형성을 위한 최적의 구성을 형성하기 위한 실험결과이며, 도 5a ~ 5d는 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치의 세정력을 측정한 실험 결과이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 처리대상물인 기판(도 2의 111)에 대응되는 길이를 가지고 기판(도 2의 111) 상부를 가로지르는 바(bar) 형상으로, 세정액(310)이 공급되는 공급로(221)와, 공급로(221)를 통해 공급되는 세정액(310)을 외부로 분사하기 위한 슬릿형상의 토출부(226)가 구성된 슬릿노즐(slit nozzle : 220)을 포함한다.

여기서, 공급로(221)는 버블젯세정장치(210)의 일단으로부터 외부에 위치하는 세정액(310)을 저장 및 공급하는 저장부(미도시)로부터 세정액(310)을 공급받는다.

이때, 저장부(미도시)에 저장된 세정액(310)은 기체가 용해된 가압용해수로, 순수(DI)에 공기, N2, H2, CO2 등이 용해되어 이루어질 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 슬릿노즐(220)이 형성된 하부면(213)과, 이에 대응되는 상부면(211) 그리고 하부면(213)과 상부면(211)을 연결하며 내부로 세정액(310)이 공급되는 공급로(221)를 정의하는 측면(215)으로 이루어진다.

이때, 버블젯세정장치(210)의 하부면(213)은 기판(도 2의 111)과 평행하게 형성되나, 상부면(211)은 저장부(미도시)와 공급로(221)가 연결된 일단으로부터 멀어질수록 점차 하부면(213)과 가까워지는 경사면을 이룬다.

따라서, 버블젯세정장치(210)는 길이방향의 저장부(미도시)와 공급로(221)가 연결된 일단으로부터 상부면(211)과 하부면(213) 사이의 폭(d1, d2)이 점차적으로 줄어드는 형태로 이루어진다.

이를 통해, 공급로(221)의 사이즈 또한 저장부(미도시)와 공급로(221)가 연결된 일단으로부터 점차적으로 줄어드는 형태로 이루어져, 슬릿노즐(220)을 통해 외부로 세정액(310)을 분사하는 과정에서 세정액(310)은 버블젯세정장치(210)의 길이방향을 따라 분사량이 다르게 분사된다.

즉, 공급로(221)의 사이즈가 큰 버블젯세정장치(210)의 일단에서 분사되는 세정액(310)의 분사량에 비해 버블젯세정장치(210)의 타단으로 갈수록 분사되는 세정액(310)의 분사량이 점차 작아지는 것이다.

이는, 기판이송유닛(도 6의 400) 상에 슬라이딩 이동되는 기판(도 2의 111) 상에 분사되는 세정액(310)이 기판(도 2의 111) 밖으로 자연스럽게 흘러내리도록 기판(도 2의 111)이 기울어져 이송되는 과정에서, 기판(도 2의 111)의 상부측에서 하부측으로 흐르는 세정액(310)에 의해 기판(도 2의 111)의 하부측에서는 많은 양의 세정액(310)이 존재하게 되므로, 이의 하부측으로는 상부측으로 분사되는 세정액(310)에 비해 적은 양의 세정액(310)이 분사되도록 하기 위함이다.

이를 통해, 기판(도 2의 111) 상에는 세정액(310)의 양이 고르게 분배되게 되므로, 기판(도 2의 111)을 전체적으로 균일하게 세정할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 슬릿노즐(220)을 통해 세정액(310)이 분사되는 순간 미세버블(micro bubble : 320)이 발생되어, 기판(도 2의 111) 상으로는 세정액(310)과 함께 미세버블(320)이 분사되게 된다.

여기서, 슬릿노즐(220)은 공급로(221)부터 세정액(310)을 공급받는 유입부(223)와, 유입부(223)에 비해 작은 직경을 가지며 토출부(226)를 향할수록 점차적으로 직경이 넓어지는 가압부(225) 그리고 세정액(310)을 외부로 분사하는 토출부(226)로 이루어진다.

가압부(225)는 세정액(310)의 유속을 변화시키게 되며, 가압부(225)로부터 점차 직경이 넓어지는 토출부(226)를 통해 세정액(310)을 외부로 확산시켜 기판(도 2의 111) 상에 균일하게 분사되도록 한다.

이러한 스프레이 방식의 슬릿노즐(220)은 일반적인 분무기를 생각하면 되는데 즉, 저장부(미도시)에 저장된 세정액(310)은 소정의 압력에 의해 공급로(221)를 통해 슬릿노즐(220)의 유입부(223)로 압송되게 되고, 유입부(223)로 압송된 세정액(310)은 가압부(225)를 거쳐 토출부(226)를 통해 외부로 분사되는 과정에서 미세 입자 형태로 변환되어 외부로 분사되게 된다.

특히, 본 발명의 버블젯세정장치(210)는 세정액(310)이 토출부(226)를 통해 미세 입자 형태로 외부로 분사되는 과정에서, 미세버블(320)이 생성되게 된다.

즉, 공급로(221)를 통해 슬릿노즐(220)의 유입부(223)로 압송된 세정액(310)은 유입부(223)에 비해 직경이 작은 가압부(225)로 압송되는 과정에서, 많은 압력을 받게 된다.

그리고, 가압부(225)로 압송된 세정액(310)은, 토출부(226)를 향할수록 점차적으로 직경이 넓어지는 가압부(225)를 통해 유입부(223)로부터 가압부(225)로 압송되는 과정에서 받은 압력이 점차 작아지게 되고, 이를 통해 부피가 급격하게 팽창하게 된다.

이렇게 압력이 작아지고 부피가 급격하게 팽창된 세정액(310)은 토출부(226)를 통해 외부로 토출되는 과정에서 세정액(310)에 용해되어 있던 기체가 세정액(310)으로부터 분리되어 미세버블(320)이 생성되게 되는 것이다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)로부터 생성되는 미세버블(320)은 수 ~ 수십㎛의 사이즈를 가지며, 이러한 미세버블(320)은 팽창/소멸에 따른 충격으로 기판(도 2의 111) 표면의 이물질을 세정하게 되며, 그 입경이 작기 때문에 보다 미세한 입경의 이물을 제거하는데 매우 탁월한 효과를 나타낸다.

이러한 미세버블(320)은 보통의 세정수를 분사하는 세정공정에 비해 그 세정효율이 매우 우수하다.

또한, 이러한 미세버블(320)은 팽창/소멸에 따른 충격으로 기판(도 2의 111) 표면의 이물질을 세정하게 되므로, 세정액(310) 만으로 미세이물을 제거하기 위하여 세정액(310)의 분사압력을 높이지 않아도 됨으로써, 세정액(310)을 강하게 분사하여 분사압에 따른 충격으로 기판(도 2의 111) 표면의 이물질을 세정하는 경우에 비해 기판(도 2의 111) 상에 형성된 박막의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

일예로 기판(도 2의 111) 상에 러빙축이 형성된 배향막이 형성되어 있으며, 배향막 상부의 미세이물을 제거하고자, 높은 압력으로 세정액(310)을 분사할 경우, 기판(도 2의 111) 상의 미세이물은 제거될 지라도 배향막의 러빙축을 변동시키게 됨으로써, 콘트라스트 특성을 저하시키게 된다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 보통의 세정액(310)을 분사하는 세정공정에 비해 그 세정효율이 매우 우수한 미세버블(320)을 사용하여 기판(도 2의 111) 상의 미세이물을 제거함으로써, 위와 같은 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

특히, 미세버블(320)을 세정액(310)이 버블젯세정장치(210)의 토출부(226)를 통해 미세 입자 형태로 외부로 분사되는 과정에서 생성함으로써, 기판(도 2의 111) 상에 미세버블(320)이 균일하게 분사되도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(310)는 미세 입자 형태로 세정액(310)을 기판(도 2의 111) 상에 균일하게 분사할 수 있으며, 또한 미세버블(320)을 통해 기판(도 2의 111) 표면의 이물질을 세정함으로써, 기판(도 2의 111)을 보다 효과적으로 세정할 수 있다.

여기서, 도 4를 참조하면 기판(도 2의 111)의 상부측에 대응하는 버블젯세정장치(210)의 저장부(미도시)와 공급로(221)가 연결된 일단의 상부면(211)과 하부면(213) 사이의 폭(d1)과 이의 타단의 상부면(211)과 하부면(213) 사이의 폭(d2)의 비(d2/d1)는 0.4 ~ 0.8를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

이는 버블젯세정장치(210)의 저장부(미도시)와 공급로(221)가 연결된 일단의 상부면(211)과 하부면(213) 사이의 폭(d1)과 이의 타단의 상부면(211)과 하부면(213) 사이의 폭(d2)의 비(d2/d1)를 0.4 ~ 0.8을 갖도록 형성함으로써, 버블젯세정장치(210)의 길이방향의 길이(L)가 어떠한 길이를 갖더라도, 미세버블(320)의 생성량이 80% 이상을 갖도록 구현할 수 있기 때문이다.

도 5a ~ 5b는 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)의 세정력을 측정한 실험 결과로, 도 5a의 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)의 미세버블(320)을 통해 기판(도 2의 111) 표면의 이물질을 세정할 경우, 세정액(310) 만을 이용하여 기판(도 2의 111) 표면의 이물질을 세정하는 경우에 비해 세정력이 매우 탁월한 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 유기이물질 세정력 또한 탁월한데, 도 5b의 그래프를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)의 미세버블(320)은 유기이물질 세정시 접촉각(contact angle) 특성이 매우 낮게 측정되는 것을 확인할 수 있다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기막 상부에 유기물질로 이루어지는 유기이물질이 존재하게 될 경우, 유기막과 유기이물질은 서로 강한 결합력을 갖게 된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)의 미세버블(320)은 접촉각 특성이 낮으므로, 이러한 미세버블(320)을 유기막 상부로 분사하면, 유기막 표면은 미세버블(320)의 낮은 접촉각 특성에 의해 친수성으로 변화하게 됨으로써, 유기막 표면에 존재하는 유기이물질을 유기막으로부터 손쉽게 제거할 수 있는 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 유기물 세정력 또한 매우 탁월함을 알 수 있다.

도 5c와 도 5d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 유기물 세정력은 기존의 유기막 세정을 위한 화학적세정액과 플라즈마처리와 유사한 세정력을 갖는 것을 확인할 수 있다.

여기서, 유기막 세정을 위한 화학적세정액은 화학용매(H2SO4, NH4OH, H2O2, HCl)와 순수로 이루어지므로, 이러한 화학적세정액은 폐수로서 환경적으로 유해하다는 단점을 안고 있다. 따라서, 환경처리비용을 발생시키게 된다.

또한, 플라즈마처리는 매우 높은 공정비용을 요하게 되는 단점을 가지나, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 유기물 세정력이 화학적세정액과 플라즈마처리와 유사하면서도 친환경적이며, 공정비용을 절감할 수 있다.

또한, 미세버블(320)을 생성하기 위한 추가 분사노즐 등을 생략할 수 있어, 미세버블(320) 생성량 감소 및 크기가 증가되는 문제점을 방지할 수 있다.

즉, 버블을 생성하기 위하여 슬릿노즐(220)의 토출구(226)에 별도의 기체주입 노즐을 구비할 경우, 슬릿노즐(220)의 세정액(310)으로 버블 생성을 위해 기체주입 노즐을 통해 기체를 세정액(310)에 주입하므로써 압력을 증가시키게 되면, 버블의 사이즈가 증가되거나, 버블 형성량이 작아지게 된다.

이때 생성되는 버블은 수 ~ 수십mm의 사이즈를 갖게 된다.

또한, 버블 사이즈가 클 경우, 버블을 기판(도 2의 111) 상에 분사하는 과정에서 분사압이 크면 버블이 기판(도 2의 111)에 분사되기도 전에 버블이 소멸되어 버리는 문제점이 발생하므로, 버블 사이즈가 클 경우에는 분사압이 낮아 공정의 속도가 느려지게 된다.

이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 기체주입을 위해 별도로 세정액(310)의 압력을 증가하지 않음으로써, 미세버블(320)을 형성할 수 있어 버블의 사이즈가 증가하거나 버블 형성량이 작아지게 되는 문제점을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 버블 사이즈가 작으므로, 버블을 기판(도 2의 111) 상에 분사하는 과정에서 분사압을 높일 수 있어, 공정의 속도가 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 별도의 기체주입 노즐을 생략할 수 있으므로, 버블젯세정장치(210)의 구성을 단순화할 수 있어, 공정 비용을 절감할 수 있으며, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치를 포함하는 버블젯 세정유닛을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 버즐젯 세정유닛(200)은 크게 베스(500), 기판이송유닛(400), 버블젯세정장치(210)로 이루어진다.

여기서, 베스(500)는 버블젯 세정공정이 수행되는 공간으로, 베스(500)는 버블젯 세정공정이 수행되는 동안 처리대상물인 기판(111)이 외부로부터의 오염물질에 노출되지 않도록 외부로부터 차폐하는 역할을 한다.

베스(500)는 기판(111) 상에 분사되는 세정액(310)을 담아내고 이를 배수하는 역할을 한다. 사용된 세정액(310)을 배수하기 위해 베스(500)의 일측에는 배수관이 설치된다.

그리고, 기판이송유닛(400)으로는 일반적으로 롤러(roller) 또는 컨베이어벨트(conveyer belt)이 이용되며, 베스(500) 내부에 구비되어 기판(111)을 지지하는 동시에 일방향으로 이동 시키게 된다.

즉, 베스(500)는 통상 양 측면(510)과 바닥면(520)을 구비하여 내부로 소정의 습식 처리공간을 정의하고, 기판이송유닛(400)은 이 같은 처리공간을 관통하도록 설치되며, 기판이송유닛(400)은 회전 가능한 다수의 샤프트축(410)을 서로 나란하게 일렬로 배열시켜 완성되며, 각각의 샤프트축(410)에는 고리형상을 갖는 복수개의 회전롤러(420)가 일정 간격을 유지하도록 둘러 장착되어 있다.

따라서, 처리대상물인 기판(111)은 각 샤프트축(410)에 장착된 회전롤러(420)에 얹혀져 샤프트축(410)과 회전롤러(420)의 회전에 의해 슬라이딩 방식으로 이동된다.

또한, 버블젯세정장치(210)는 기판(111) 상부를 가로지르는 바(bar) 형상으로, 기판이송유닛(220) 상에서 일방향으로 이송되는 기판(111) 상부에 미세버블(micro bubble : 320)을 포함하는 세정액(310)을 분사하여 기판(111) 상의 미세이물을 제거하게 된다.

한편, 이와 같은 버블젯 세정공정을 진행하는 과정에서, 기판(111) 표면으로 분사되는 세정액(310)이 기판(111) 상에 고이게 되는 것을 방지하기 위해 기판이송유닛(400)을 일정 경사면을 이루도록 기울여 형성한다.

따라서, 기판이송유닛(400) 상에 슬라이딩 이동되는 기판(111) 상에 분사되는 세정액(310)이 기판(111) 밖으로 자연스럽게 흘러내리도록 한다.

여기서, 경사면을 이루는 기판이송유닛(400) 상에 안착되어 이동되는 기판(111) 역시, 기판이송유닛(400)의 경사면에 의해 기울어진 상태로 슬라이딩 이동되므로 이때, 버블젯세정장치(210)는 미세버블(320)을 포함하는 세정액(310)을 분사하는 슬릿노즐(도 3c의 220)이 기울어진 기판(111)과 평행하게 일정간격 이격하여 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 기판(111)과 평행하게 일정간격 이격하여 위치하는 버블젯세정장치(210)는 기판(111)의 상부측으로부터 하부측으로 갈수록 기판(111)의 경사면에 대응하여 길이방향의 양단의 상부면(도 3c의 211)과 하부면(도 3c의 213) 사이의 폭(도 3b의 d1, d2)이 점차로 줄어드는 형태로 형성된다.

여기서, 외부의 저장부(미도시)는 기판(111)의 상부측에 대응되는 버블젯세정장치(210)의 공급로(221)와 연결되므로, 기판(111)의 상부측에 대응되는 공급로(221)로 공급된 세정액(310)은 기판(111)의 하부측에 대응되는 공급로로 공급되어, 슬릿노즐(도 3c의 220)을 통해 기판(111)의 전면으로 세정액(310)을 분사하게 된다.

이때, 기판(111) 상으로 분사되는 세정액(310)은 기판(111)의 상부측에 대응해서는 기판(111)의 하부측에 대응해서 분사되는 세정액(310)에 비해 많은 양의 세정액이 분사된다.

이는, 기판(111)의 상부측으로 분사되는 세정액(310)은 기판(111)의 경사면에 의해 기판(111)의 하부측으로 흘러내리게 되므로, 버블젯세정장치(210)로부터 기판(111)의 전면으로 균일한 양의 세정액(310)이 분사되도록 할 경우, 기판(111)의 하부측으로는 버블젯세정장치(210)를 통해 분사되는 세정액(310)과 함께 상부측으로부터 흘러내리는 세정액(310)까지 기판(111)의 상부층에 분사되는 세정액(310)에 비해 매우 많은 양의 세정액(310)이 존재하게 된다.

이는, 불필요한 많은 양의 세정액(310)의 손실을 야기하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 기판이송유닛(400) 상에 슬라이딩 이동되는 기판(111) 상에 분사되는 세정액(310)이 기판(111) 밖으로 자연스럽게 흘러내리도록 기판(111)이 기울어져 이송되는 과정에서, 기판(111)의 상부측에서 하부측으로 흐르는 세정액(310)에 의해 기판(111)의 하부측에서는 많은 양의 세정액(310)이 존재하게 되는 것을 감안하여, 이의 하부측으로는 상부측으로 분사되는 세정액(310)에 비해 적은 양의 세정액(310)이 분사되도록 하는 것이다.

이를 통해, 기판(111) 상에 세정액(310)이 균일하게 존재하도록 할 수 있으며, 세정액(310)의 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 슬릿노즐(도 3c의 220)을 통해 세정액(310)을 미세 입자 형태로 기판(111) 상에 균일하게 분사할 수 있으며, 또한 세정액(310)이 토출부(도 3c의 226)를 통해 미세 입자 형태로 외부로 분사되는 과정에서 미세버블(320)이 생성되도록 하여, 미세한 입경의 이물을 제거하는데 매우 탁월한 미세버블(320)을 통해 기판(111) 표면의 이물질을 세정함으로써, 기판(111)을 보다 효과적으로 세정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)는 미세버블(320)의 팽창/소멸에 따른 충격으로 기판(111) 표면의 이물질을 세정하게 되므로, 미세이물을 제거하기 위하여 세정액(310)의 분사압력을 높이지 않아도 됨으로써, 세정액(310)을 강하게 분사하여 분사압에 따른 충격으로 기판(111) 표면의 이물질을 세정하는 경우에 비해 기판(111) 상에 형성된 박막의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 버블젯세정장치(210)의 미세버블(320)은 유기이물질 세정력 또한 매우 탁월하며, 화학적세정액과 플라즈마처리에 비해 친환경적이며, 공정비용을 절감할 수 있다.

또한, 미세버블(320)을 생성하기 위한 추가 분사노즐 등을 생략할 수 있어, 미세버블(320) 생성량 감소 및 크기가 증가되는 문제점을 방지할 수 있으며, 버블젯세정장치(210)의 구성을 단순화할 수 있어, 공정 비용을 절감할 수 있으며, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

111 : 기판, 200 : 버블젯 세정유닛
210 : 버블젯세정장치
310 : 세정액, 320 : 미세버블
400 : 기판이송유닛(410 : 샤프트, 420 : 롤러)
500 : 베스(510 : 측면, 520 : 바닥면)

Claims (7)

1. 기판을 기울여 이송하는 기판이송유닛과;
   상기 기판 상부에 위치하며, 상기 기판과 평행하며 슬릿노즐이 형성된 하부면과, 상기 기판의 상부측에 대응하는 일단으로부터 멀어질수록 상기 하부면과 가까워지는 경사면으로 이루어지는 상부면과, 상기 하부면과 상부면을 연결하며 내부로 가압용해수가 공급되는 공급로를 정의하는 측면으로 이루어지는 버블젯세정장치
   를 포함하며, 상기 슬릿노즐을 통해 상기 가압용해수를 상기 기판 상에 분사하는 과정에서, 상기 슬릿노즐의 끝단에서 미세버블(micro bubble)이 생성되는 기판 세정장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 버블젯세정장치는 상기 기판 상부를 가로지르는 바(bar) 형상으로, 상기 가압용해수가 공급되는 상기 공급로와, 상기 가압용해수를 외부로 분사하기 위한 상기 슬릿노즐을 포함하며, 상기 일단을 통해 상기 공급로로 외부로부터 가압용해수를 공급받는 기판 세정장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 버블젯세정장치는 상기 일단으로부터 타단으로 갈수록 상기 슬릿노즐을 통해 분사되는 상기 가압용해수의 분사량이 작아지는 기판 세정장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 버블젯세정장치의 상기 일단의 폭과 상기 타단의 폭의 비는 0.4 ~ 0.8인 기판 세정장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압용해수는 순수(DI)에 공기, N2, H2, CO2 등이 용해되어 이루어지는 기판 세정장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 슬릿노즐은 상기 공급로로부터 상기 가압용해수를 공급받는 유입부와, 상기 가압용해수를 외부로 분사하는 상기 토출부 그리고 상기 유입부와 상기 토출부 사이에 위치하며, 상기 유입부에 비해 작은 직경을 가지며 상기 토출부를 향할수록 점차적으로 직경이 넓어지는 가압부를 포함하는 기판 세정장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 미세버블은 수 ~ 수십㎛의 사이즈를 가지며, 상기 유입부와 상기 가압부를 거쳐 상기 토출부를 통해 외부로 토출되는 과정에서, 상기 가압용해수로부터 분리되어 형성되는 기판 세정장치.

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