KR101341001B1 - 레이저를 이용한 대면적 마스크 세정 장치 및 이를 포함하는 대면적 마스크 세정 시스템 - Google Patents
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Abstract
대면적 마스크의 표면 오염물질을 전면적에 걸쳐 균일하게 제거하기 위한 레이저 세정장치가 개시된다 이 레이저 세정장치는, 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치로부터 레이저빔을 받고, 상기 마스크 표면에 레이저빔을 이동 가능한 최종 스캐닝 미러에 의해 스캐닝하는 레이저 스캐닝 장치를 포함한다. 상기 레이저 스캐닝 장치는 상기 레이저 발생장치와 상기 마스크 표면 사이의 레이저빔 전송거리를 일정하게 유지하기 위한 거리보상장치를 포함한다.
Description
본 발명은 레이저를 이용한 대면적 마스크 세정 장치 및 이를 포함하는 대면적 마스크 세정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 정밀 마스크는 평판 디스플레이 및 반도체 산업에서 모재 기판에 정밀한 특정 패턴을 형성하기 위한 핵심 부품이다. 특히 유기EL(Electro-Luminescent) 디스플레이 제조 공정에 있어, 유기막을 기판에 패터닝하기 위해서는, 정밀하게 패터닝된 마스크를 기판에 매우 가까이 근접시키거나 접촉시켜, 마스크 상의 패턴 형태를 그대로 1:1 전사시켜 상기 기판 상에 패터닝을 한다. 또한 이렇게 형성된 패턴 유기막을 보호하기 위해 아크릴을 도포하는데, 이때에도 접촉식 정밀 오픈 마스크를 이용하여, 롤프린트 혹은 증착 방식으로 보호층을 도포한다.
이때 사용되는 마스크 재료로는 열 팽창이 거의 없고 내식성 및 내구성이 뛰어난 인바(Invar: Fe-Ni 합금) 또는 SUS(스테인레스강) 재료가 사용되며, 두께는 보통 200mm 이하를 사용한다. 이와 같이 제조된 초미세 패턴 마스크는, 제작 단가가 높으므로, 사용 후 표면에 부착된 오염 물질층을 세정한 후 다시 재사용한다.
현재 평판 디스플레이 제조 공정에 사용되는 정밀 패턴 마스크는 강력한 산, 염기 용액을 사용하는 화학적 습식 세정 방법을 사용하여 표면의 오염 물질을 녹여내어 제거하고 있다. 그러나, 최근 마스크 패턴의 초미세화 경향에 따라 현재 사용되는 화학적 습식 세정 방법으로는 완전한 클리닝을 제공하지 못해 많은 불량이 발생되고 있으며, 특히 하나의 마스크를 세정하는데 걸리는 시간이 보통 24시간 이상이 걸리고 있어 생산 효율 측면에서 큰 문제를 야기하고 있다. 또한 강산, 강알칼리의 유독성 화학용액을 사용함에 따라 작업환경이 매우 열악하고, 막대한 후처리 비용과 추가적인 폐수처리 설비가 필요하며, 긴 세정 시간으로 인한 리사이클(recycle) 시간이 길어 다량의 고가 마스크 재고를 확보해야 하고, 긴급 세정 요구시 대응할 수 없다는 등의 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 발명자는, 등록록허 제10-0487834에 개시된 것과 같은 세정 방법 및 장치를 제안한 바 있다. 여기에 개시된 기술은, 레이저와 초음파를 함께 사용하는 방법으로, 컨베이어 시스템을 사용하여 정밀 패턴 마스크 모재의 손상 없이 매우 빠르게 표면의 오염 물질만을 선택적으로 제거하는 것이다.
최근 디스플레이 제조 공정에 사용되는 마스크의 크기가 1m 이상으로 급격히 커지고 있다. 이러한 대면적 정밀 마스크를 세정함에 있어서, 레이저빔을 전면적에 걸쳐 스캐닝하고자 한다면, 레이저빔이 레이저 발생 장치에서 상당한 거리 떨어지게 된다. 이때 모든 레이저빔은 어느 정도의 발산각을 가지고 있으므로 거리가 멀어짐에 따라 점차 빔의 단면 크기가 증가하게 된다.
도 1은 전형적인 레이저빔의 전파 형태를 보여준다. 도면에서 보는 바와 같이, 거리가 멀어짐에 따라 레이저빔의 단면 면적은 A1에서 A2로 커지게 된다. 레이저 세정을 수행하는데 있어서, 단위면적당 에너지, 즉 에너지 밀도가 레이저 세정 효과를 좌우하는 매우 중요한 인자인데, 이와 같이 레이저빔의 크기가 거리에 따라 커질 경우, 거리가 멀어질수록 에너지 밀도가 작아져 충분한 세정력을 확보하기가 어려워진다.
따라서 대면적 마스크와 같이 레이저빔으로 먼 거리를 스캐닝하는데 있어서는, 거리가 짧은 곳과 먼 곳의 에너지 밀도 차이에 의해 불균일한 레이저 세정 결과가 발생하게 된다는 문제가 있다. 또한 대면적 마스크를 수평으로 눕혀 컨베이어 형태로 진행해야 하는 경우, 세정 장치가 불필요하게 커진다는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은 종래기술의 문제점을 해결하는 레이저를 이용한 대면적 마스크 세정 장치 및 이를 포함한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 레이저를 이용해 큰 면적의 영역을 세정해야하는 경우, 레이저빔 발산 및 그로 인한 레이저빔 스폿사이즈 변경으로 인하여 레이저빔의 단위 면적당 에너지, 즉, 에너지 밀도가 변경되어 발생하는 불균일한 세정의 문제점을 해결하여 대면적 마스크를 정밀하게 세정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전체적으로 크기가 감소되고, 레이저에 의한 세정 장치에 의해 대면적 마스크들을 정밀하게 세정할 수 있는 대면적 마스크 세정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 대면적 마스크의 표면 오염물질을 전면적에 걸쳐 균일하게 제거하기 위한 레이저 세정장치가 제공되며, 이 레이저 세정장치는, 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치로부터 레이저빔을 받고, 이동식 최종 스캐닝 미러를 이용하여 상기 마스크 표면에 레이저빔을 스캐닝하는 레이저 스캐닝 장치를 포함한다. 상기 레이저 스캐닝 장치는 상기 레이저 발생장치와 상기 마스크 표면 사이의 레이저빔 전송거리를 일정하게 유지하기 위한 거리보상장치를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 레이저 스캐닝 장치는, 상기 레이저 발생장치로부터의 레이저빔을 상기 거리보상장치로 유도하기 위한 중간 미러와, 상기 거리보상장치로부터의 레이저빔을 상기 최종 스캐닝 미러로 유도하기 위한 다른 중간 미러를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 거리보상장치는 한 쌍의 미러를 포함한 채 이동가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 마스크 로딩 위치와 마스크 언로딩 위치 사이에 레이저 세정장치를 포함하는 대면적 마스크 시스템이 제공된다. 이 대면적 마스크 세정 시스템은, 상기 마스크를 수직으로 세워 이송시키는 겐트리 로봇을 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 레이저 세정장치 다음에 초음파 세정장치와 린스-드라이 처리장치를 차례로 포함하며, 상기 겐트리 로봇은 상기 레이저 세정장치, 상기 초음파 세정장치 및 상기 린스-드라이 처리장치로 상기 마스크를 이송시키는 동안 상기 마스크를 항상 수직으로 세워 유지한다.
일 실시예에 다라, 상기 겐트리 로봇은, 상기 마스크를 수직으로 세워진 상태로 홀딩하고, 상기 마스크를 상하로 이송시키는 마스크 홀딩 유닛과, 상기 마스트 홀딩 유닛을 직선 방향으로 이동시키기 위한 가이드 레일을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저를 사용하여 대면적의 대상물을 스캐닝하여 세정하는 기술에서 먼 거리 및 그로 인한 레이저빔의 발산에 의한 대상 표면에서의 에너지 밀도의 변화로 발생되는 불균일한 레이저 세정 성능을 극복할 수 있다. 또한, 겐트리 로봇을 이용한 마스크 수직 이송 및 세정 공정을 통해 세정 시스템(또는, 장치)의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다
도 1은 종래기술을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 대면적 마스크 세정 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 것과 같은 대면적 마스크 세정 장치를 포함하는 세정 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 대면적 마스크 세정 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 것과 같은 대면적 마스크 세정 장치를 포함하는 세정 시스템을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 세정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 세정 장치(10)는 레이저 발생장치(11)와 레이저빔 스캐닝 장치(12)를 포함한다. 레이저빔 스캐닝 장치(12)는 중간 미러들(123a, 123b, 123c)과, 거리보상장치(124)와, 최종 스캐닝 미러(125)를 포함한다.
레이저발생장치(11)로부터 발진한 레이저빔(B)을 세정 대상물인 대면적 마스크(M) 표면으로 유도함에 있어서, 마스크(M)의 전면적 세정을 위해 최종 스캐닝 미러(125)가 모터(미도시됨)에 의해 스캐닝을 수행하게 된다. 이때 최종 스캐닝 미러(125)가 움직일 경우 레이저 발생장치(11)로부터 마스크(M)의 레이저 조사 표면까지의 거리는 변화하게 된다.
상기 거리보상장치(124)는 위와 같은 레이저빔의 전송 거리 변화를 없애기 위해 상기 레이저빔 스캐닝 장치(12) 내부에 설치된다. 상기 거리보상장치(124)는 두 개의 미러(1242, 1244)가 쌍으로 구성되어 있다. 한 쌍의 미러(1242, 1244)는 모터(미도시됨) 구동에 의해 일축 방향으로 움직이도록 구성된다.
즉, 최종 스캐닝 미러(125)가 T2 위치에서 T1 위치로 스캐닝할 경우 레이저빔 전송 총거리가 증가되는 것을 보상해주기 위해, 상기 거리보상장치(124)는 상기 거리차에 해당되는 만큼 P1 위치에서 P2 위치로 이동하게 된다. 결과적으로 최종 스캐닝 미러가 스캐닝을 위해 이송시 일정한 거리를 유지하게 위해 거리보상장치(124)도 이에 상응하게 역방향으로 움직이게 된다.
따라서 상기 거리보상장치(124)를 이용하여 대면적 마스크(M)의 스캐닝시 항상 일정한 거리를 유지할 수 있어 레이저빔의 에너지 밀도를 일정하게 유지할 수 있음으로써 균일한 레이저 세정 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서, 상기 중간 미러들(123a, 123b, 123c)들은 정해진 위치에 고정되어 있다.
상기 중간 미러들(123a, 123b, 123c)들 중 하나의 중간 미러(123a)는 상기 레이저발생장치(11)로부터 발진한 레이저빔(B)을 상기 거리보상장치(124)로 유도한다. 상기 거리보상장치(124) 내 한 쌍의 미러(1242, 1244)를 거쳐 나온 레이저빔은 상기 중간 미러들(123a, 123b, 123c)들 중 나머지 미러들(123b, 123c)에 의해 대면적 마스트(M)의 표면으로 유도된다. 앞에서 언급한 바와 같이, 최종 스캐닝 미러(125)가 T1 위치에서 T2 위치로 스캐닝할 경우, 상기 거리보상장치(124)는 상기 거리차에 해당되는 만큼 한 쌍의 미러(1242, 1244)와 함께 이동하여, 레이저빔 전송 총거리가 증가되는 것을 보상해준다.
도 3은 전술한 레이저 세정장치가 적용된 대면적 마스크 세정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
배경기술에서 설명한 바와 같이 등록 특허 제10-0487834호에는 컨베이어 시스템을 적용한 마스크 세정 장비가 개시되어 있다. 그러나 마스크의 크기가 커질 경우 세정 장비의 크기가 매우 커져 공간적으로 매우 불리하다는 단점이 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 실시예에 따른 대면적 마스크 세정 시스템은, 마스크(M)를 수직으로 세우고 켄트리 로봇(20)을 이용해 마스크를 이송시키도록 구성된다. 상기 겐트리 로봇(20)은 좌우 방향(x축 방향)의 이송 및 높이 방향(z축 방향) 운동이 가능한 로봇으로 한다. 상기 겐트리 로봇(20)은 수직으로 세워진 마스크(10)의 단부를 잡아 마스크(10)를 홀딩하는 마스크 홀딩 유닛(21)과, 상기 마스크 홀딩 유닛(21)을 직선 방향으로 이동시키기 위한 가이드 레일(22)을 포함한다. 상기 마스크 홀딩 유닛(21)은 상하 방향 운동에 의해 높이가 조절되도록 구성된다.
본 실시예에 따른 시스템은, 마스크(M)를 한 장씩 상기 겐트리 로봇(20)에 의해 로딩할 수 있는 마스크 로딩 카세트 장치(30), 레이저 세정장치(10), 초음파 처리장치(40), 린스-드라이 처리장치(50), 마스크 언로딩 카세트 장치(60)를 차례로 포함한다.
상기 레이저 세정 장치(10)는, 앞에서 언급한 바와 같이, 레이저 발생 장치(11)와 레이저빔 스캐닝 장치(12)를 포함한다. 상기 레이저 세정 장치(10)는 레이저 세정 중 탈착하는 오염물질을 한 방향으로 불어내기 위한 에어분사노즐(13) 및 오염물질을 포집하기 위한 흡인장치(14)를 더 포함한다.
상기 초음파 처리장치(40)는, 레이저 세정장치(10) 다음에 배치되며, 초음파 처리조(41)와, 상기 초음파 처리조(41) 내에 위치한 초음파 진동자(42)와, 상기 초음파 처리조(41) 내에 물을 효과적으로 공급 및 배출하기 위한 물순환장치(43)를 포함하고 있다.
상기 린스-드라이 처리장치(50)는 린스 처리조(51)와, 린스를 위해 초순수 혹은 알콜 등을 분사하기 위한 액체 분사노즐(52)과, 린스 처리 후 나온 마스크(M)를 건조하기 위해, 핫에어(hot air)를 분사하는 에어분사노즐(53)을 포함한다. 또한, 상기 린스-드라이 처리장치(50)는 물순환장치(54)를 더 포함할 수 있다.
마스크 언로딩 카세트(60)는 위의 장치들을 모두 거쳐 나온 마스크(M)들이 언로딩되는 카세트를 포함한다.
겐트리 로봇(20)에 의해, 마스크(M)가 마스크 로딩 카세트 장치(30)로부터 레이저 세장장치(10), 초음파 세정 처리장치(40) 및 린스-드라이 처리 장치(50)를 차례로 거쳐 마스크 언로딩 카세트 장치(60)까지 이동되는 동안, 마스크(M)는 수직으로 세워진 상태로 유지되며, 따라서, 세정 시스템의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 다음과 같은 분야에 구체적으로 적용할 수 있다.
1. OLED를 포함한 평판 디스플레이 제조 공정
2. 정밀 마스크를 사용한 모든 제조 산업.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
10: 레이저 세정장치 11: 레이저 발생장치
123a, 123b, 123c: 중간미러 124: 거리보상장치
125: 스캐닝 미러 20: 겐트리 로봇
21: 마스크 홀딩 유닛 22: 가이드 레일
30: 마스크 로딩 카세트 장치 40: 초음파 처리장치
50: 린스-드라이 처리장치 60: 마스크 언로딩 카세트 장치
123a, 123b, 123c: 중간미러 124: 거리보상장치
125: 스캐닝 미러 20: 겐트리 로봇
21: 마스크 홀딩 유닛 22: 가이드 레일
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50: 린스-드라이 처리장치 60: 마스크 언로딩 카세트 장치
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- 마스크 로딩 위치와 마스크 언로딩 위치 사이에 레이저 세정장치를 포함하는 대면적 마스크 세정 시스템으로서,
상기 마스크를 수직으로 세워 이송시키는 겐트리 로봇을 포함하고,
상기 겐트리 로봇은 마스크 로딩 카세트 장치로부터 상기 마스크를 수직으로 세워진 상태로 로딩하고, 마스크 언로딩 카세트 장치에 상기 마스크를 수직으로 세워진 상태로 언로딩하며,
상기 레이저 세정장치 다음에 초음파 처리장치와 린스-드라이 처리장치가 차례로 배치되고,
상기 겐트리 로봇은 상기 레이저 세정장치, 상기 초음파 처리장치 및 상기 린스-드라이 처리장치로 상기 마스크를 이송시키는 동안 상기 마스크를 항상 수직으로 세워 유지하며,
상기 겐트리 로봇은,
상기 마스크를 수직으로 세워진 상태로 홀딩하고, 상기 마스크를 상하로 이송시키는 마스크 홀딩 유닛과,
상기 마스크 홀딩 유닛을 직선 방향으로 이동시키기 위한 가이드 레일을 포함하고,
상기 초음파 처리 장치는,
초음파 처리조와, 상기 초음파 처리조 내에 위치한 초음파 진동자와, 상기 초음파 처리조 내에 물을 효과적으로 공급 및 배출하기 위한 물순환장치를 포함하고,
상기 린스-드라이 처리장치는,
린스 처리조와, 린스액을 분사하는 액체 분사노즐과, 건조를 위해 핫에어(hot air)를 분사하는 에어 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 마스크 세정 시스템.
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