KR20090103677A - Substrate Cleaning Apparatus Using Bubble And Method Using The Same - Google Patents
Substrate Cleaning Apparatus Using Bubble And Method Using The SameInfo
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Abstract
Description
본 발명은 기판 세정장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세직경 버블을 이용한 기판 세정장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a substrate cleaning apparatus and method, and more particularly, to a substrate cleaning apparatus and method using micro-diameter bubbles.
반도체 및 FPD제조공정에서 신뢰성에 큰 영향을 주는 요인 중 하나가 기판표면의 금속 오염과 유기물을 포함한 파티클이다. One of the factors that greatly affect the reliability in semiconductor and FPD manufacturing processes is particles containing metal contamination and organic substances on the substrate surface.
특히 파티클의 부착은 디바이스의 수율에 미치는 영향이 크다. 파티클은 프로세스 중의 생성반응, 작업자, 제조 장치로부터 발생하여 기판 표면에 부착된다. 이런 파티클은 패널 표면이 불균일한 상태가 되는 원인이 될 수 있으며, 균일하지 않은 표면 상태는, 생산 공정과 제품이 불안정해지며, 또 다른 문제의 발생 원인이 될 수 있다. In particular, the adhesion of particles has a large effect on the yield of the device. Particles are generated from process reactions, workers and manufacturing equipment and adhere to the substrate surface. These particles can cause the panel surface to be uneven, and uneven surface conditions can lead to unstable production processes and products, and to other problems.
따라서 공정 전,후 신뢰성 확보 및 수율 향상을 위해 파티클을 제거해 주어야 하는데, 이것이 세정 공정이며, 기술이 진보함에 따라서 패널의 대형화 및 패턴의 미세화가 이루어지면서 세정 공정 또한 기술적 발전을 요하고 있다.Therefore, particles must be removed to secure the reliability before and after the process and to improve the yield. This is the cleaning process. As the technology advances, the cleaning process also requires technical development as the panel is enlarged and the pattern is made smaller.
도 1을 참조하여, 종래의 일반적인 세정장치(100) 및 공정을 살펴본다. 도시된 바와 같이, 기판을 이송하는 컨베이어와, 유기물을 제거하는 엑시머 자외선(EUV : Excimer Ultraviolet rays)조사수단(110)과, 파티클을 제거하는 롤브러쉬(120)와, 상기 기판에 물을 분사하는 린싱부(130)와, 상기 기판에 공기를 분사하는 에어나이프(140)와, 기판에 남아 있는 정전기를 제거하는 이오나이저(150)과, 기판을 히팅하는 히팅수단(160)을 포함하여 구성된다. 또한 진동에 의해 파티클을 제거하는 초음파 세정수단(미도시)이 구비되기도 한다. Referring to Figure 1, looks at a conventional general cleaning device 100 and process. As shown, a conveyor for transporting the substrate, excimer ultraviolet (EUV) irradiation means 110 for removing organic matter, a roll brush 120 for removing particles, and spraying water on the substrate And a rinsing unit 130, an air knife 140 for injecting air to the substrate, an ionizer 150 for removing static electricity remaining on the substrate, and a heating means 160 for heating the substrate. . In addition, ultrasonic cleaning means (not shown) for removing particles by vibration may be provided.
종래 롤 브러쉬 장치는 기판의 표면에 롤 브러쉬를 접촉하여 세정하는 접촉방식의 세정장치이다. 이러한 롤 브러쉬 세정방법은 기판의 패턴 등을 손상시킬 수 있고, 파티클이 재부착되는 문제점이 있다. Conventional roll brush apparatus is a contact type cleaning apparatus for cleaning by contacting the roll brush on the surface of the substrate. Such a roll brush cleaning method may damage a pattern of a substrate and the like, and there is a problem in that particles are reattached.
또한 상기 초음파 세정수단 역시 진동에 의해 파티클을 제거하는 장치로서, 기판의 패턴을 손상시킬 수 있는 문제가 있다. In addition, the ultrasonic cleaning means is also a device for removing particles by vibration, there is a problem that can damage the pattern of the substrate.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 미세직경 버블을 이용한 기판 세정장치 및 방법을 제공함에 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide a substrate cleaning apparatus and method using a micro-diameter bubble.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 기판 세정장치는 초순수, 오존수 또는 알칼리수 등의 원수를 저장하는 원수 저장탱크; 상기 원수 저장탱크에서 공급된 원수와 공기, 오존가스 또는 산소가스 등의 기체를 혼합하여 마이크로단위의 미세직경의 버블을 형성하는 믹싱부; 상기 믹싱부에서 생성된 미세버블을 저장하는 버블 저장탱크; 및 상기 버블 저장탱크에 저장된 미세버블을 기판에 도포하는 노즐;을 포함한다. In order to solve the above technical problem, the substrate cleaning apparatus according to the present invention comprises: a raw water storage tank for storing raw water such as ultrapure water, ozone water or alkaline water; A mixing unit for mixing the raw water supplied from the raw water storage tank with gas such as air, ozone gas or oxygen gas to form bubbles having a micro diameter in micro units; A bubble storage tank for storing the fine bubbles generated by the mixing unit; And a nozzle for applying the microbubbles stored in the bubble storage tank to the substrate.
또한 상기 원수 저장탱크에는 저장된 원수를 25~99℃로 가열하는 가열부가 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, the raw water storage tank is preferably further provided with a heating unit for heating the stored raw water to 25 ~ 99 ℃.
또한 상기 버블의 직경은 20~40㎛인 것이 바람직하다. In addition, the diameter of the bubble is preferably 20 ~ 40㎛.
본 발명에 의한 기판 세정방법은 기판의 표면에 미세직경의 버블을 도포하여 파티클을 제거하는 것이다. The substrate cleaning method according to the present invention is to remove particles by applying a bubble of a fine diameter on the surface of the substrate.
본 발명에 따르면, 미세직경 버블을 이용함으로써 패턴의 손상없이 강력한 세정효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, it is possible to obtain a strong cleaning effect without damaging the pattern by using a micro-diameter bubble.
도 1은 종래 기판 세정장치를 나타낸 것이다. 1 shows a conventional substrate cleaning apparatus.
도 2는 본 발명에 의한 기판 세정장치를 나타낸 것이다. 2 shows a substrate cleaning apparatus according to the present invention.
도 3a 및 도 3b는 각각 세정 전 TFT기판과, 본 발명에 의해 세정한 후 TFT기판을 나타낸 것이다. 3A and 3B show a TFT substrate before cleaning and a TFT substrate after cleaning by the present invention, respectively.
도 4a 내지 도 4c는 각각 세정 전 TFT기판과, 고압공기 분사방식에 의한 세정 후 TFT기판과, 본 발명에 의해 세정한 후 TFT기판을 나타낸 것이다. 4A to 4C show a TFT substrate before cleaning, a TFT substrate after cleaning by a high pressure air injection method, and a TFT substrate after cleaning according to the present invention, respectively.
도 5a는 기판의 구조를 나타낸 것이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 기판을 초음파 세정과, 본 발명에 의한 세정 후 손상 발생율을 나타낸 그래프이다. Figure 5a shows the structure of the substrate, Figure 5b is a graph showing the damage generation rate after the ultrasonic cleaning of the substrate shown in Figure 5a, and the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
20: 세정장치 21: 원수저장탱크20: washing device 21: raw water storage tank
22: 공급관 23: 공기주입관22: supply pipe 23: air injection pipe
24: 펌프 25: 믹싱부24: pump 25: mixing section
26: 이송관 27, 28: 버블 저장탱크26: transfer pipe 27, 28: bubble storage tank
29: 토출관29: discharge tube
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the embodiment according to the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 버블 세정수단(20)은 초순수를 저장, 공급하는 원수저장탱크(21)와, 상기 초순수가 공급되는 공급관(22)과, 공기주입관(23)을 통해 주입된 공기와 상기 초순수를 혼합하여 미세버블을 형성하는 믹싱부(25)와, 펌프(24)와, 믹싱부(25)에서 생성된 버블을 이송하는 이송관(26)과, 상기 버블을 저장하는 제1 및 제2 버블 저장탱크(27,28)와, 상기 제2 버블 저장탱크(28)에 저장된 버블을 노즐(미도시)로 토출하는 토출관(29)과, 상기 토출관의 끝단에 연결되어 상기 버블을 기판의 표면에 도포하는 노즐을 포함하여 구성된다. 또한 상기 원수 저장탱크(21)는 상기 초순수를 25~99℃로 가열하는 가열부(미도시)가 구비된다. Referring to FIG. 2, the bubble washing means 20 includes a raw water storage tank 21 for storing and supplying ultrapure water, a supply pipe 22 for supplying the ultrapure water, and air injected through an air injection pipe 23. And a mixing unit 25 for mixing the ultrapure water to form a microbubble, a pump 24, a transfer pipe 26 for transferring bubbles generated by the mixing unit 25, and a first storing the bubble. And a second bubble storage tank 27 and 28, a discharge tube 29 for discharging bubbles stored in the second bubble storage tank 28 to a nozzle (not shown), and connected to an end of the discharge tube. And a nozzle for applying the bubble to the surface of the substrate. In addition, the raw water storage tank 21 is provided with a heating unit (not shown) for heating the ultrapure water to 25 ~ 99 ℃.
상기 이송관과 토출관은 버블의 파열을 최소화하기 위하여 PVDF(poly(vinylidene fluoride))재질로 형성하는 것이 바람직하다. The transfer pipe and the discharge pipe are preferably formed of polyvinyllidene fluoride (PVDF) material in order to minimize bursting of bubbles.
본 실시예에서는 원수가 초순수인 것을 예시하였으나 이와 달리 오존수나 알칼리수이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 또한 공기 대신에 오존가스나 산소가스를 혼합할 수도 있다. In the present embodiment, but is illustrated that the raw water is ultra-pure water, it may alternatively include ozone water or alkaline water or these. In addition, ozone gas or oxygen gas may be mixed instead of air.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 세정장치의 작동상태 및 세정방법을 설명한다. The operating state and cleaning method of the cleaning apparatus according to the present invention configured as described above will be described.
먼저, 상기 원수저장탱크(21)에 저장된 초순수를 가열한 후, 믹싱부(25)에서 공기와 혼합하여 미세직경의 버블을 형성한다. 이와 같이 형성된 버블은 이송관(26)을 통해 제1 및 제2 버블 저장탱크(27,28)로 이송되고, 상기 제2 버블 저장탱크(28)가 소정의 압력 이상이 되면, 토출관(29)과 노즐을 통해 버블을 기판의 상하 표면에 도포한다. First, the ultrapure water stored in the raw water storage tank 21 is heated, and then mixed with air in the mixing unit 25 to form bubbles having a fine diameter. The bubbles formed as described above are transferred to the first and second bubble storage tanks 27 and 28 through the transfer pipe 26, and when the second bubble storage tank 28 is above a predetermined pressure, the discharge pipe 29 ) And bubbles are applied to the upper and lower surfaces of the substrate.
이와 같이 도포된 버블은 표면장력으로 수축하여 파열되면서 미세진동을 유발하는데, 이러한 미세진동으로 기판에 있는 파티클이 제거되는 것이다. 특히, 상기 버블은 기판의 패턴 사이의 미세한 갭에도 침투할 수 있기 때문에 세정효과가 탁월하다. The applied bubble shrinks and ruptures with surface tension, causing micro vibrations, which remove particles from the substrate. In particular, the bubble can penetrate into the minute gaps between the patterns of the substrate, so the cleaning effect is excellent.
상기 버블은 또한 수축하여 파열하면서 버블 내부의 압력과 온도가 올라간다. 더욱이, 본 발명에서는 초순수를 예비가열하여 버블을 생성하기 때문에 파티클이나 유기물 세정효과가 더욱 상승된다. The bubble also contracts and bursts, increasing the pressure and temperature inside the bubble. Furthermore, in the present invention, since the ultrapure water is preheated to generate bubbles, the particle or organic matter cleaning effect is further enhanced.
한편, 미세직경의 버블은 (-)로 대전되기 때문에 (+)로 대전된 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다. On the other hand, since the bubble of the fine diameter is charged with (-), it is possible to effectively remove the particles charged with (+).
이러한 미세직경의 버블을 이용한 기판 세정효과는 하기의 실험예를 통해 입증된다. Substrate cleaning effect using such a micro diameter bubble is demonstrated through the following experimental example.
도 3a는 세정 전 TFT기판(t=0.7mm)을 150배율로 촬영한 이미지이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 기판을 버블을 이용하여 세정한 후의 이미지를 도시한 것이다. 도 3b에서는 컬릿(cullet)이 현저히 제거된 것을 알 수 있다. FIG. 3A shows an image of a TFT substrate (t = 0.7mm) taken at 150 magnification before cleaning, and FIG. 3B shows an image after cleaning the substrate shown in FIG. 3A using bubbles. In Figure 3b it can be seen that the cullet has been significantly removed.
도 4a는 세정 전 TFT기판(t=0.7mm)을 150배율로 촬영한 이미지이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 기판을 에어나이프로 고압공기를 분사하여 건식세정한 후의 이미지이고, 도 4c는 본 발명에 의해 버블을 이용하여 세정한 후의 이미지를 도시한 것이다. 여기서 건식세정조건은 공기압 0.3MPa, 거리 4mm이다. 4A is an image taken at 150 times magnification of a TFT substrate (t = 0.7mm) before cleaning. FIG. 4B is an image after dry cleaning by spraying high pressure air with an air knife on the substrate shown in FIG. 4A. According to the present invention, the image after washing using a bubble is shown. The dry cleaning conditions here are 0.3 MPa of air pressure and 4 mm of distance.
도 4b의 기판보다 도 4c의 기판이 파티클이 현저하게 제거된 것을 알 수 있다. It can be seen that particles of the substrate of FIG. 4C are significantly removed from the substrate of FIG. 4B.
도 5a는 처리대상인 기판의 구조를 나타낸 것이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 구조의 기판을 버블을 이용한 세정과, 초음파에 의한 세정 후 각각의 패턴 손상발생율을 나타낸 것이다. 초음파에 의한 세정방식은 스프레이 중심으로부터의 거리가 5~10mm 사이에서 패턴 손상이 극심한 것을 알 수 있다. 이와 달리, 버블을 이용한 세정방법은 스프레이 중심으로부터의 거리와 관계없이 패턴의 손상이 거의 없는 것을 알 수 있다(1Map의 면적 = 0.62mm2).FIG. 5A shows the structure of the substrate to be treated, and FIG. 5B shows the pattern damage incidence after cleaning the substrate of the structure shown in FIG. 5A using bubbles and cleaning by ultrasonic waves. In the cleaning method using ultrasonic waves, it can be seen that the damage to the pattern is severe when the distance from the spray center is 5 to 10 mm. On the other hand, it can be seen that the cleaning method using bubbles has little damage to the pattern regardless of the distance from the spray center (area of 1 Map = 0.62 mm 2 ).
한편, 하기의 표 1은 기존 롤 브러쉬방식으로 기판을 세정한 후, 파티클(P/T)의 크기에 따라 제거율을 나타낸 것이고, 표 2는 버블을 이용하여 기판을 세정한 후, 파티클의 크기에 따라 제거율을 나타낸 것이다. Meanwhile, Table 1 below shows the removal rate according to the size of particles (P / T) after cleaning the substrate by the conventional roll brush method, and Table 2 shows the size of the particles after cleaning the substrate using bubbles. According to the removal rate.
즉, 롤 브러쉬방식보다 버블을 이용하는 방식이 파티클 제거율이 현저하게 높게 나타났다. That is, the particle removal rate was remarkably higher in the method using bubbles than the roll brush method.
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