KR101507215B1 - 유리 단차부 이물의 건식 세정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

유리 단차부에 존재하는 이물을 제거하는 건식 세정 방법이 개시된다. 건식 세정 방법은, 레이저빔 발생유닛을 이용하여, 레이저빔을 발진하고, 레이저빔 조절유닛을 이용하여, 레이저빔의 단면 크기와 단면 형태 중 적어도 하나를 조절하고, 레이저빔 조사유닛을 이용하여, 펄스 피크파워 10⁵ W(=J/sec) 이상의 레이저빔을 유리 단차부에 존재하는 이물에 조사하는 것을 포함한다.

Description

유리 단차부 이물의 건식 세정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DRY CLEANING OF CONTAMINATION ON THE GLASS EDGE}

본 발명은 유리 단차부 이물의 세정 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 유리 단차부에 단단히 고착된 이물을 습식(wet)이 아닌 건식(dry)으로 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

유리 기판 위에 증착공정, 노광공정, 식각공정 등의 다양한 기술을 이용해 다양한 패턴을 갖는 디스플레이 패널을 제조하는 평판 디스플레이 패널 제조 기술이 알려져 있다. 이때 가공이 이루어지는 유리기판을 가공 유리기판이라 하고, 이 위에 다양한 형태의 패턴을 형성시킴으로써 평판디스플레이 패널을 만들 수 있다.

이러한 디스플레이 패널의 제조 공정 중, 때로는 가공 유리기판의 아래에 또 다른 유리기판을 놓고 그 위에서 다양한 패턴 형성 공정을 수행한다. 이러한 공정은 도 1에 잘 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 가공 유리기판, 즉, 상부 유리기판(100)의 하부에 다른 유리기판, 즉, 하부 유리기판(110)이 존재한다. 이 상태에서, 정밀한 패턴(P)을 형성하기 위해 노광 공정이 이용된다. 노광 공정을 위해, 하부 유리기판(110) 상에 놓인 상부 유리기판(100) 위로 감광재(Photoresist, PR)를 도포하고, 다음, 자외선빛으로 노광하고 패턴을 형성하기 위해, 화학약품으로 특정부분의 감광재를 제거하는 현상 공정을 거친다. 이러한 현상 공정시, 화학약품에 의해 제거되는 PR은 보통 상부 유리기판(100), 즉, 가공 유리기판의 표면에서 거의 완전히 제거된다. 하지만 하부 유리기판(110)이 존재하는 경우, 가공 유리기판인 상부 유리기판(100)의 모서리 부분이 하부 유리기판(110)에 대하여 단차를 이루고, 이 단차 부위에 PR 잔사가 부착되어, 건조 공정 후, 매우 단단히 고착된 이물(C) 이 남는다.

이러한 현상 공정을 몇 차례 수행할 경우, 단차 부위의 PR 잔사와 같은 이물(C) 두께는 더욱 두꺼워지고 더욱 단단히 고착하게 된다. 모든 패턴 공정이 끝난 후 가공 유리기판인 상부 유리기판(100)을 하부 유리기판(110)으로부터 분리를 해야 하는데, 이때 단차 부위에 존재하는 이물(C)로 인해 서로의 분리가 어렵게 된다.

강력한 산(acid) 혹은 화학 용제(solvent)를 이용하면, 단차 부위의 이물(C)을 어느 정도 제거할 수 있지만, 이물(C)이 워낙 두껍고 단단히 고착되어 있으므로, 이러한 이물을 제거하는데, 많은 세정 시간이 든다. 또한, 세정 후 반드시 린스 및 건조 공정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡해지며, 유독한 화학 약품 사용에 의해 작업 환경이 열악하다는 문제가 있다.

본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 해결하고자 하는 과제는 유리 단차부에 고착되어 제거하기 힘든 이물을 레이저빔을 이용하여 효율적으로 그리고 신속하게 제거하는 건식 세정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자하는 다른 과제는, 레이저빔의 형태 및 조사 각도를 적절히 변경하면서 유리 단차부 이물에 조사함으로써, 레이저빔과 이물의 반응에 의해 순간적으로 이물을 증발 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 당업자가 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라, 유리 단차부에 존재하는 이물을 제거하는 건식 세정 방법이 제공되며, 상기 건식 세정 방법은, 펄스 피크파워(peak power)가 10⁵ W(=J/sec) 이상인 레이저빔을 만들어, 상기 10⁵ W(=J/sec) 펄스 피크파워의 레이저빔을 유리 단차부에 존재하는 이물에 조사함으로써, 유리 단차부에 존재하는 이물을 효율적으로 그리고 효과적으로 제거할 수 있다.

본 명세서에서 용어 "유리 단차부"는 유리기판이 그 아래에 위치하는 다른 기판(바람직하게는, 유리기판) 상에 놓임으로써 생기는 유리 기판의 모서리 주변을 의미하는 것으로 정의한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 건식 세정 방법은, 레이저빔 발생유닛을 이용하여, 레이저빔을 발진하고, 레이저빔 조절유닛을 이용하여, 레이저빔의 단면 크기와 형태 중 적어도 하나를 조절하고, 레이저빔 조사유닛을 이용하여, 펄스 피크파워 10⁵ W(=J/sec) 이상의 레이저빔을 유리 단차부에 존재하는 이물에 조사하는 것을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 레이저빔으로는 펄스 길이 100 nanosecond 이하의 레이저빔이 사용된다.

일 실시예에 따라, 상기 레이저빔 조절유닛은 상기 레이저빔의 단면 크기를 증가시키기 위해 빔확대기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 레이저빔 조절유닛은 상기 레이저빔의 단면 형상을 원형 형상에서 사각 형상으로 변화시키는 마스크를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 레이저빔 조사유닛은 이물에 조사되는 레이저빔의 에너지 밀도를 조절하기 위해 위치가 가변되는 초점렌즈를 포함한다. 일 실시예에 따라, 상기 초점렌즈는 원통형 렌즈일 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 이물에 조사되는 레이저빔의 에너지 밀도가 0.1 J/cm² 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

일 실시예에 따라, 상기 이물이 증기 또는 미세 입자 형태로 변화하여 제거될 때, 상기 증기 또는 입자 형태의 이물을 포집하기 위해 집진 장치를 상기 이물 근처에 설치할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 레이저빔에 의한 유리의 손상을 막도록, 200~1500nm 파장대의 레이저빔이 이용된다.

일 실시예에 따라, 유리 단차부는 가공 유리기판인 상부 유리기판 아래에 하부 유리기판이 놓여 형성된 것이며, 상기 레이저빔은 상기 하부유리기판 아래에서 상측 방향으로 조사된다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 유리 단차부에 존재하는 이물을 펄스 피크파워 10⁵ W(=J/sec) 이상의 레이저빔으로 세정하는 건식 세정 장치가 제공되며, 상기 건식 세정장치는, 레이저빔을 발진하는 레이저빔 발생유닛과; 레이저빔의 단면 크기를 증가시키는 빔확대기 및 레이저빔의 단면 형상을 변화시키는 마스크를 갖는 레이저빔 조절유닛과; 레이저빔을 유리 단차부에 존재하는 이물에 조사하되, 이물에 조사되는 레이저빔의 에너지 밀도를 조절하도록 위치 가변형(또는, 높이 가변형) 초점렌즈를 갖는 레이저빔 조사유닛을 포함한다.

본 발명에 따르면, 유리 단차부에 존재하는 이물을 제거하기 위해 레이저를 이용한 건식 세정 방법을 사용함으로써, 기존 화학적 습식 세정 방법과 비교해 매우 빠른 속도로 이물 세정을 수행할 수 있고, 린스 및 건조와 같은 추가 공정이 필요 없어 세정 공정 및 장비가 단순해지며, 습식 세정이 아닌 건식 세정 공정을 이용하므로, 환경 친화적인 작업 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 가공 유리기판의 아래에 다른 유리기판을 놓고 가공 유리기판을 패터닝하는 공정과 패터닝 공정 중 가공 유리기판의 모서리 주변 유리 단차부에 고착되는 이물의 형태를 설명하기 위한 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 단차부의 이물 건식 세정 방법 및 장치를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 유리 단차부에 비대칭적 입체 형태로 존재하는 이물을 보다 효과적으로 제거하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위해 과장되어 표현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 단차부의 이물 건식 세정 방법 및 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 유리 단차부의 이물 건식 세정 장치는, 레이저빔 발생유닛(1), 복수의 반사 미러(2a, 2b)와, 레이저빔 조절유닛(3)과, 레이저빔 조사유닛(4)을 포함한다.

레이저빔 발생유닛(1)은, 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 충분한 펄스 피크파워의 레이저를 만들 수 있도록, 매우 짧은 시간, 즉, 극초단의 레이저 펄스를 발생시키도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 레이저빔 발생유닛(1)은 펄스의 길이가 100 nanosecond 이하의 레이저를 사용한다. 이에 해당하는 레이저로는 Q-switching Nd:YAG와 같은 나노세컨드(nano-second) 레이저 혹은 피코세컨드(pico-second) 레이저 혹은 펨토세컨드(femto-second) 레이저 등이 있다. 이때, 어떠한 레이저를 사용하든 간에, 효과적인 이물의 증발 제거를 위해서는, 펄스 피크 파워가 10⁵ W(=J/sec) 이상인 레이저빔을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 반사 미러(2a, 2b)는 상기 레이저빔 발생유닛(1)으로부터 발진한 레이저빔을 의도한 위치로 유도하도록 상기 레이저빔을 반사하는 역할을 한다. 상기 레이저빔은 상기 반사 미러들(2a, 2b)을 통해 유리 단차부에 존재하는 이물(C)에 유도된다. 배경기술에서도 설명한 바와 같이, 상기 이물(C)은 하부 유리기판(110) 상에 놓인 상부 유리기판, 즉 가공 유리기판(100)에 모서리에 형성되어 있다.

레이저빔 발생유닛(1)으로부터 발진한 레이저빔은 단면 크기가 작고 원형 단면을 갖는 것이 일반적이다. 따라서 효과적인 대면적 세정을 위해서는 레이저빔의 단면 크기를 키우고 형태도 원형이 아닌 적정한 다른 형태로 변화시킬 필요가 있는데, 이와 같은 역할은 레이저빔 조절유닛(3)에 의해 수행된다. 상기 레이저빔 조절유닛(3)은, 인입되는 원형 단면의 레이저빔의 단면 크기를 확대시킬 수 있는 빔확대기(31)와, 원형 레이저빔의 단면 형상을 다른 단면 형상, 예컨대, 도시된 것과 같은 사각 단면 형상으로 바꿀수 있는 마스크(32)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 빔확대기(31)는 2배 ~ 10배의 빔 확대 비율을 가질 수 있다. 상기 마스크(32)는 자신의 내부 관통 형상에 따라 다양한 형상을 만들도록 구성될 수 있다. 정사각형 형태의 내부 관통 형상을 갖는 마스크(32)가 선호된다. 상기 마스크(32)의 재질로는 레이저빔에 대하여 내구성이 좋은 아세탈 혹은 세라믹이 선호된다.

상기 레이저빔 조절유닛(3)을 거쳐 단면 크기 및 단면 형상이 조절된 레이저빔은 이물에 조사되기 전에 레이저빔 조사유닛(4)을 거칠 수 있다. 상기 레이저빔 조사유닛(4)은 이물에 조사되는 레이저빔의 에너지밀도(energy density)를 효과적으로 조절하기 위한 위치 가변 초점렌즈(41)을 포함한다. 상기 초점렌즈(41)를 통한 레이저빔은 초점거리(focal length)에 있는 초점면에서 가장 작은 에너지 밀도의 레이저빔이 조사되고, 이때 에너지밀도는 가장 크게 된다. 만일 이물 제거를 위해 그렇게 많은 에너지 밀도가 필요치 않은 경우, 초점렌즈(41)의 위치를 상향 조정함으로써, 세정면에서의 레이저빔의 에너지밀도를 쉽게 낮출 수 있으며, 이럴 경우 레이저빔의 조사면적이 증가하여 좀 더 빠른 속도의 세정이 가능해진다.

이때 사용되는 초점렌즈(41)로는 한 점(spot)에 초점이 이루어지는 구형렌즈보다 한 선(line)으로 초점이 이루어지는 원통형렌즈(cylindrical lens)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 초점렌즈(41)를 통과해 이물이 존재하는 세정면에 도달하는 레이저빔의 에너지밀도는 보통 0.1 J/cm² 이상의 값을 가지는 것이 바람직하다. 상기 레이저빔 조사유닛(4)에서 나온 레이저빔은 유리 단차부에 존재하는 이물(C)에 조사된다.

상기 레이저빔의 에너지는 이물에 흡수되어 순간적으로 온도가 상승하게 되며 이 온도가 이물의 증발온도를 넘어서면 이물의 제거 현상이 발생한다. 이때 제거되는 이물의 형태는 증기 혹은 아주 미세한 입자의 형태로 방출되는데, 이를 효과적으로 포집하기 위해 세정영역 주변에 집진장치를 설치할 수 있다. 조사되는 레이저빔이 이물뿐만이 아닌 상부 유리기판(100) 및/또는 하부 유리기판(110) 표면에도 미치는데, 이때 유리의 손상이 발생하면 안 되며, 이러한 손상을 막기 위해서는, 레이저빔과 유리가 서로 반응하는 것을 억제해야 한다. 레이저빔과 유리와의 반응을 최대한 줄이기 위해서, 유리에 대한 투과도가 좋은 파장대, 바람직하게는, 200nm ~ 1500nm 의 레이저빔을 사용하는 것이 좋다.

도 3은 유리 단차부에 비대칭적 입체 형태로 존재하는 이물을 보다 효과적으로 제거하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 일반적인 레이저빔 조사 방법은 도 3의 (p1)와 같이 레이저빔 조사유닛(4)이 위에서 아래로 레이저빔을 수직 하향 조사하는 방식을 따른다. 도 3의 (p2)와 상기 레이저빔 조사유닛(4)이 레이저빔을 수직이 아닌 경사된 각도(θ)로 조사할 경우, 이물(C) 표면에서 보다 효율적인 레이저 에너지빔의 흡수가 발생하여, 보다 효율적인 세정이 가능해진다. 실험 결과, 레이저빔의 수직 하향 조사 방식 채용시, 레이저빔의 에너지 밀도가 100 이라면, 레이저빔의 경사 하양 조사 방식 채용시, 약 80 의 에너지 밀도만 가지고도 동일한 세정력을 얻을 수 있다.

또한 도 3의 (p3)와 같이, 레이저빔을 아래에서 위로 조사하는 상향식 조사의 경우, 약 40 정도의 에너지 밀도만으로도 상향 수직 세정 방식의 100에 해당하는 세정력을 얻을 수 있었다. 이는, 상향 조사의 경우, 레이저빔이 이물과 유리의 계면에서 반응을 효과적으로 일으켜, 이물과 유리 모재 사이의 경계면을 직접 파괴시킴으로써, 적은 에너지밀도에서도 매우 효과적인 제거 현상이 발생한다는 특징이 있다. 또한 레이저빔의 상향 조사의 경우 상부 유리기판, 즉, 가공 유리기판(100)과 하부 유리기판(110) 사이의 틈에 끼어 있는 이물(C)도 효과적으로 제거할 수 있다.

다시 도 2를 참조하여, 유리 단차부의 이물 세정 방법을 설명하면 다음과 같다.

레이저빔 발생유닛(1)에서 레이저빔이 발진하고, 그 발진한 레이저빔은 반사 미러들(2a, 2b)을 포함하는 유도수단을 통해 유리 단차부에 존재하는 이물(C)을 향해 유도된다. 이때, 레이저빔 조절유닛(3)이 빔확대기(31)와 마스크(32)에 의해 의도한 단면 크기 및 단면 형상으로 레이저빔을 조절하고, 상기 레이저빔 조절유닛(3)에 의해 단면 형상 및 단면 크기가 조절된 레이저빔은 레이저빔 조사유닛(4)에서 에너지밀도(energy density)가 조절되어 이물에 조사된다. 전술한 미러들(2a, 2b) 중 제1 반사 미러(2a)가 레이저빔 발생유닛(1)에서 발진된 레이저빔을 레이저빔 조절유닛(3)에 유도하고, 전술한 미러들(2a, 2b) 중 제2 반사 미러(2b)가 레이저빔 조절유닛(3)을 거치면서 단면 형상 및/또는 단면 크기 조절된 레이저빔을 레이저빔 조사유닛(4)로 유도한다. 상기 레이저빔 조사유닛(4)는 위와 같이 유도된 레이저빔을 특정 에너지 밀도로 이물(C)에 조사한다.

본 발명에 따른 레이저 세정 방법 및 장치는, 레이저빔을 이용하여 유리 단차부에 존재하는 고착성 이물을 효율적으로 그리고 신속하게 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 세정 공정이 단순할 뿐 아니라, 환경 친화적인 작업 환경을 만들 수 있다.

또한, 본 발명은 다음과 같은 분야에 구체적으로 적용할 수 있다.

1. LCD, OLED를 포함한 평판 디스플레이 제조 공정

2. 터치 패널 제조 공정

3. 정밀 유리 표면 이물 제거 공정.

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.

1: 레이저빔 발생유닛 2a, 2b: 반사 미러
3: 레이저빔 조절유닛 4: 레이저빔 조사유닛
31: 빔확대기 32: 마스크
4: 레이저빔 조사유닛 41: 초점렌즈

Claims (13)

1. 하부 유리기판의 상면과 상기 하부 유리 기판 상에 위치하는 상부 유리 기판의 측면 모서리 사이의 틈에 끼어 고착된 PR 잔사 이물을 제거하기 위한 건식 세정 방법이며,
   상기 하부 유리기판과 상기 상부 유리기판을 투과할 수 있고, 펄스 길이 100 nm이하, 펄스 피크파워(peak power) 10⁵ W(=J/sec) 이상인 레이저빔을 만들고,
   상기 레이저빔을 0.1 J/cm² 이상의 밀도로 조절해 상기 PR 잔사 이물에 조사하여, 상기 PR 잔사 이물을 상기 틈으로부터 분리시키되,
   상기 PR 잔사 이물에 대한 상기 레이저빔의 조사 전에, 상기 레이저빔의 단면 크기와 단면 형태를 조절하며,
   상기 레이저빔은 상기 하부유리기판 아래에 위치한 레이저빔 조사유닛에서 상기 하부 유리기판을 투과하여 상측 방향으로 조사되어, 상기 PR 잔사 이물을 통과하지 않은 상태의 레이저빔이 상기 하부 유리기판 및 상기 상부 유리기판과 상기 PR 잔사 이물 사이의 경계에 도달하는 것을 특징으로 하는 건식 세정 방법.
2. 하부 유리기판의 상면과 상기 하부 유리 기판 상에 위치하는 상부 유리 기판의 측면 모서리 사이의 틈에 끼어 고착된 PR 잔사 이물을 제거하기 위한 건식 세정 방법이며,
   상기 하부 유리기판과 상기 상부 유리기판을 투과할 수 있고, 펄스 길이 100 nm이하, 펄스 피크파워(peak power) 10⁵ W(=J/sec) 이상인 레이저빔을 만들고,
   상기 레이저빔을 0.1 J/cm² 이상의 밀도로 조절해 상기 PR 잔사 이물에 조사하여, 상기 PR 잔사 이물을 상기 틈으로부터 분리시키되,
   상기 PR 잔사 이물에 대한 상기 레이저빔의 조사 전에, 상기 레이저빔의 단면 크기와 단면 형태를 조절하며,
   상기 레이저빔은 상기 PR 잔사 이물에 대한 수직 상부 위치로부터 일정 각도 벗어나 위치한 레이저빔 조사유닛으로부터 상기 PR 잔사 이물에 경사지게 조사되어, 상기 하부 유리기판의 상면과 상기 상부 유리기판의 측면 모서리가 교차하는 지점에서의 상기 PR 잔사 세정력을 극대화한 것을 특징으로 하는 건식 세정 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 건식 세정 방법을 수행하기 위한 건식 세정 장치로서,
   레이저빔을 발진하는 레이저빔 발생유닛;
   레이저빔의 단면 크기를 증가시키는 빔확대기 및 레이저빔의 단면 형상을 변화시키는 마스크를 갖는 레이저빔 조절유닛;
   레이저빔을 유리 단차부에 존재하는 PR 잔사 이물에 조사하되, 상기 PR 잔사 이물에 조사되는 레이저빔의 에너지 밀도를 조절하도록 위치 가변형 초점렌즈를 갖는 레이저빔 조사유닛; 및
   상기 PR 잔사 이물이 증기 또는 미세 입자 형태로 변화하여 제거될 때, 상기 증기 또는 입자 형태의 상기 PR 잔사 이물을 포집하기 위해 집진 장치를 포함하며,
   상기 레이저빔은 상기 하부 유리기판 및 상기 상부유리기판의 손상을 막도록 200~1500nm 파장대를 갖는 것을 특징으로 하는 건식 세정 장치.
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