KR100807585B1 - 액정디스플레이 제조용 습식 식각 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정디스플레이의 습식 식각 장비에 관한 것으로, 상세하게는 식각 용액을 식각부에 공급하고 저장하는 약액 저장소에 관한 것이다. 혼합 화학 약품인 식각용액을 식각용액 저장소 내에서 균일하게 혼합시키기 위하여 상기 식각용액 저장소 내부에 식각용액의 상하 흐름을 형성하는 스크루(screw)와, 상기 스크루를 작동시키는 전동기와, 스크루를 보호하기 위한 스크루 보호 원통을 구성하였다. 균일한 성분비를 가지는 식각용액이 식각부에 공급됨으로써, 액정디스플레이 기판의 식각이 이루어질 때 식각 용액의 농도 차이로 인한 식각 불량을 막을 수 있다.

Description

액정디스플레이 제조용 습식 식각 장비{WET ETCHING APPARATUS FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 일반적인 박막트랜지스터를 나타낸 것이다.

도 2a는 습식 식각 장비를 구성하는 전체적인 구성 단계에 대해서 나타낸 것이다.

도 2b는 습식 식각시 식각부로 공급되는 약액을 저장하는 약액의 저장소를 나타낸 것이다.

도 3은 액정디스플레이 기판이 습식부에서 상부의 노즐에서 분사되어 나오는 약액에 의해 식각 공정이 진행중인 것을 나타낸 것이다.

도 4는 종래 약액 저장소의 구성을 나타낸 것이다.

도 5는 종래 약액 저장소에서 액액과 DI의 혼합이 잘 이루어지지 않은 것을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 액정디스플레이 제조용 습식 식각 장비의 약액 저장소의 구성요소와 액체 흐름의 방향에 대해서 나타낸 것이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

211: 약액의 저장소 403: 혼합 펌프

403: 공급 펌프 501: 약액

502: DI 602: 스크루

603: 스크루 보호원통

액정디스플레이의 습식 식각 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식각용액을 식각부에 공급하고 저장하는 약액 저장소를 구비한 액정디스플레이의 습식 식각 장비에 관한 것이다.

액정에 신호전압을 인가하고 차단하는 스위칭 역할을 하는 박막트랜지스터 어레이(thin film transistor array)는 여러 단계의 증착 및 식각 공정을 거쳐서 제조된다.

일반적인 박막트랜지스터의 구조와 기능에 대해 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 박막트랜지스터를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와같이, 일반적인 박막트랜지스터는 유리 기판(101)위에 게이트(102)와 소오스(103) 그리고 드레인(104)인을 형성하는 세 개의 전극과, 액정셀에 전압을 인가하기 위한 화소 전극(105)과, 상기 게이트 전극에 양의 전압이 인가 될 때 전계에 의해서 소오스와 드레인 전극 사이에 전류가 흐르도록 하는 전도성 채널(conductive channel)을 형성하는 비정질 실리콘 채널 영역(106)과, 소자를 보호하기 위해 실리콘 질화막(SiN_x)으로 형성된 보호막(107)으로 구성되어 있다.
박막트랜지스터는 전계에 의하여 전류의 흐름을 조절하는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)이다. 박막트랜지스터의 설계는 액정디스플레이의 패널에 의하여 얻을 수 있는 화질을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 상기 완성된 박막트랜지스터가 만들어지기 위해서는 여러 번의 증착 및 식각 공정이 이루어진다.

일반적으로 식각으로는 건식 식각 방법과 습식 식각 방법이 있는데 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 건식 식각 방법은 플라즈마 가스를 이용하여 반도체층이나 금속등을 제거하는 방법으로 주로 화학작용에 의한 플라즈마 식각과, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 이온화하여 기판에 가속시켜 식각 하고자 하는 원자들을 표면으로부터 제거하는 스퍼터링 식각과 상기 화학적 식각과 스퍼터링 식각을 조합한 이온 반응성 식각방법이 있다. 식각 하고자 하는 물질에 따라 적절한 식각 방법을 선택하게 된다.

상기 건식 식각은 습식 식각에 비해 이방적으로 식각이 이루어지는 경향이 있다.

식각 용액을 이용하는 습식 식각 방식은 딥 식각(dip etching) 방식과 스프레이 식각(spray etching) 방식이 있다.

한편, 딥 식각 방식은 식각 하고자 하는 시료를 식각용액에 완전히 담그는 것으로 등방적(isotropic)으로 식각 되는 경향이 있으며, 스프레이 방식은 식각 하고자 하는 시료 위에 노즐을 통해 식각 용액이 분사되어 식각이 이루어지는 방식으로 이방적(anisotropic)으로 식각이 이루어진다.

통상적으로 스프레이 방식의 습식 식각 장비는 도 2a에 도시한 바와 같이 구성되어 있다.

식각 하고자 하는 기판이 놓이게 되는 로더부(201)와, 강한 산성 용액으로부터 로더부의 부식을 막기 위한 완충 공간으로 설치된 고립부(202)와, 식각 용액이 공급되어 실질적으로 식각이 이루어지는 식각부(203)와, 드레인부(204)와, 식각이 이루어진 기판 위에 존재하는 식각 용액을 씻어내기 위한 제1 세정부(205)와, 상기의 제1 세정부(205)에서 제거하지 못한 상기의 기판 위의 미세한 입자들을 고주파 를 통해서 완전히 없애기 위한 메가 소닉(mega sonic)부(206)와, 메가 소닉 과정에서 상기의 기판에서 떨어져 나온 입자들이 녹아있는 세정액을 완전히 씻어내기 위한 제2 세정부(207)와, 다량의 나이프 형태의(knife) DI 물줄기가 액정디스플레이의 기판의 상하에서 뿌려지면서 기판을 이동시키는 아쿠아 나이프(aqua knife)부(208)와, 상기의 기판 위에 잔류하고 있는 물기가 외부로 제거되는 에어 나이프(air knife) 부분(209)과, 그리고 기판의 식각이 이루어지는 구간에 공급되어지는 식각 용액이 저장되어 있는 약액 저장소(chemical tank)로 구성되어 있다.

도 3에 도시한 것은 상기 약액 저장소로에서 식각부로 공급되는 식각 용액으로 인해 액정디스플레이 기판의 식각이 이루지는 것이다.

액정디스플레이 기판(305)이 반송 로울러에 실려 식각부(203)로 옮겨지면 노즐(301)을 통해 식각부 상부에서 분사되어 나오는 식각용액(303)들로 인해 식각이 진행된다.

노즐(301)을 통해 분사되어 나오는 식각용액(303)은 그림 2b에 도시한 약액 저장소(211)로부터 공급되어진다.

그러나, 상기 약액 저장소(211)에서 혼합 화학 약품인 식각용액이 균일하게 혼합되어 있지 않으면, 식각용액이 식각부로 공급되어 액정디스플레이 기판의 식각이 이루어 질 때 식각용액의 농도 차이로 인하여 식각 불량이 발생하게 된다.

이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 종래 약액 저장소의 구성 및 문제점에 대하여 상세히 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이 약액 저장소(401, 402)와, 서로 다른 약액들이 약 액 저장소 내에서 성분비가 균일하게 섞여서 식각부(203)로 공급되기 위한 혼합 펌프(403)와, 약액을 공급라인으로 흘려 식각부로 공급하는 공급 펌프(404)과 식각부로 부터 다시 약액 저장소로 들어오는 리턴라인과, 약액이 저장소에 일정한 높이로 채워지면 혼합 펌프(403)를 동작하게 하는 센서로 구성되어 있다. 혼합 펌프(403)는 약액이 저장소에 채워지면 저장소의 하부에서 약액을 흡입하여 다시 저장소 내로 토출 하면서 약액들의 혼합이 이루어지도록 한다.

약액 저장소(401, 402)로부터 식각부로 공급되는 약액의 공급을 계속적으로 진행시키기 위해서 하나의 약액 저장소에서 약액이 떨어지면 다른 하나에서 약액이 지속적으로 공급될 수 있도록 두 개의 약액 저장소를 두었다.

약액은 식각부(203)하부의 저장소에 일정한 레벨을 유지하면서 공급과 리턴을 연속적으로 진행하여, 일정 기간동안 사용해야 한다. 약액의 오염이 심해서 더 이상 사용 할 수 없게 되면 드레인 라인을 통하여 버려지게 된다.

그러나, 저장소내(401,402)의 식각 용액과 DI와의 혼합 시 두 물질의 비중차이로 인하여 혼합 펌프의 용량으로는 완전한 혼합이 이루어지지 않거나 혹은 혼합시간이 매우 많이 소요된다.

도 5에 도시한 바와 같이, DI(502)와 약액(501)의 혼합이 잘 이루어지지 않은 경우에 DI(502)는 약액(501)에 비해 상대적으로 비중이 가볍기 때문에 저장소 내에서 약액(501) 위에 대부분 분포하게 된다.
따라서, 약액 장소의 하부는 약액의 농도가 높고, 약액 저장소의 하부는 상부에 비해 약액의 농도가 낮아지게 된다.

상기 저장소 상부와 하부의 약액 농도의 차이 때문에 초기에 공급되어지는 저장소 하부의 고농도 약액(501)으로 인해 식각 공정이 진행중인 기판은(305) 과식각이 이루어지거나 혹은, 저장소 상부에 있는 저농도의 약액(502)이 식각부(203)로 공급되어지면 식각이 덜 이루어지는 식각 공정 불량이 발생한다.
또한, 공급라인 및 리턴라인과 펌프 연결 부위로 약액이 새어나와 유출되는 현상으로 인하여 생산 효율을 저하시킨다.
한편, 종래에는 상기 두 물질을 혼합하기 위하여 혼합 펌프를 이용하였으나 상기의 방법으로는 저장소에 있는 약액의 균일한 농도를 형성하는 것이 어렵고, 약액들을 혼합하는데 많은 시간이 소요된다. 만일, 약액가 DI의 혼합이 제대로 이루어지지 않은 상태에서 식각부로 공급이 이루어지면 액정디스플레이 기판의 식각공정 불량이 발생하게 된다.
또한, 종래에는 혼합 펌프를 약액 저장소에 연결하는 배관 및 펌프 연결 부위로부터 약액들이 새어나오는 문제점들이 있었다.

이에 본 발명은 상기의 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 저장소에 있는 약액의 상하 흐름을 만들어 빠르고 균일하게 섞어주는 스크루와, 상기 스크루를 구동시키기 위한 전동기와, 약액의 흐름을 크게 하고 상기 스크루를 보호하기 위한 스크루 보호원통을 포함하여 구성되어 저장소의 약액을 빠르고 균일하게 섞어서 일정한 농도의 약액을 식각부로 공급하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 약액이 배관이나 혹은 혼합 펌프의 연결부위로 새는 것을 줄일 수 있는 액정디스플레이 제조용 습식 식각 장비를 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 일정한 성분의 약액을 식각부에 공급하여 식각하고자 하는 기판의 최적의 식각 상태를 유지할 수 있는 액정디스플레이 제조용 습식 식각 장비를 제공함에 있다.

기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.

본 발명은 약액 저장소의 약액을 균일하게 섞어 기판의 식각 불량을 줄이고, 별도의 혼합 펌프 및 배관의 설치하지 않고 부속 장치를 줄여 약액이 새는 것을 최 소화하였다.

본 발명은 약액의 흐름을 상하방향으로 형성하여 상기 약액을 균일하게 섞어주는 스크루와 상기 스크루를 구동시키기 위해서 약액 저장소 상부에 설치된 전동기와 약액의 흐름을 크게 흐르도록 조절하고, 상기 스크루를 보호하는 스크루 보호 원통으로 구성되어 있다.

액정디스플레이 기판(305)에 대하여 최적의 식각을 위하여 식각용액 즉, 약액 저장소에 있는 약액의 농도가 균일하도록 조절해야 한다. 식각 조건에 알맞게 약액의 농도를 희석시켜야 하는 경우 약액 저장소 안에는 약액과 DI가 함께 존재하게 된다.

그러나, 약액과 DI는 비중이 서로 달라서 두 물질이 혼합되어 있는 경우 상대적으로 가벼운 DI는 약액 위로 분포하게 된다.

따라서, 약액 저장소 내에서 약액이 일정한 농도를 유지하면서 DI와 혼합되기 위해서는 인위적으로 두 물질을 섞어주어야 한다.

본 발명은 두 물질을 빠른 시간 내에 균일하게 섞이도록 하면서 약액 저장소에 연결된 배관이나 펌프등의 부속 장치를 줄여 약액이 새어나오는 현상을 최소화 하였다.

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이하, 본 발명에 따른 액정표시장치의 습식 식각장비의 구성 및 동작에 관하여 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 액정디스플레이 제조용 습식 식각 장비의 약액 저장소의 구성요소와 액체 흐름의 방향에 대해서 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와같이, 본 발명에 액정표시장치의 습식 식각장비는, 약액 저장소 내부에 설치되어 약액의 흐름을 상하방향으로 만들어 약액을 일정한 농도로 균일하게 섞어주는 스크루(602)와, 상기 스크루를 구동시키기 위해서 약액 저장소 상부에 설치된 전동기(601)와, 상기 스크루(602)를 보호하는 스크루 보호 원통(603)을 포함하여 구성되어 있다.

전동기(601)의 작동에 의해서 스크루(602)가 일정한 방향으로 회전하게 되면 약액 저장소 내에서 약액에 비해 상대적으로 낮은 비중 때문에 저장소의 상부에 있던 DI(502)는 저장소 아래로 내려오게 되며 저장소 하부에 있는 약액(501)은 저장소의 상부로 올라가 어느 정도 시간이 지나면 두 물질이 약액 저장소 내에서 균일하게 섞이게 된다.

스크루를 둘러싸고 있는 스크루 보호용 원통(603)은 스크루의 보호는 물론, 액체(501, 502)들의 상하 흐름을 크게 하여 빠른 시간 내에 두 물질의 혼합이 이루어지도록 한다.

약액 저장소 내에서 일정한 농도를 가지고 균일하게 혼합된 약액이 식각부로 공급되면 약액 결함으로 인한 식각 공정중에 발생하는 기판의 식각불량을 막을 수 있다.

또한, 혼합 펌프나 혹은 약액 저장소와 상기 혼합 펌프와 연결하기 위한 배 관을 별도로 설치하지 않기 때문에 펌프와 배관의 연결부위에서 새어나오는 약액을 줄일 수 있고, 설치 장비가 축소됨으로 인해 제품의 생산비도 줄일 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 습식 식각장비에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 약액 저장소 내에서 약액의 혼합 방식을 변경하여, 약액의 혼합이 빠르고 균일하게 이루어지도록 하여 식각공정의 불량률을 줄이고, 부속 장치를 축소 축소시킴으로써 상기 부속 장치의 연결부위로부터 약액이 새어나가는 것을 방지하고, 제품의 생산비를 줄이는 효과를 제공한다.

Claims (9)

1. 약액을 상하 방향으로 흐르도록 하여 상기 약액을 균일하고 일정한 농도로 섞어주는 스크루;

   상기 스크루를 구동시키기 위해 약액 저장소 상부에 설치된 전동기; 및

   상기 스크루를 보호하는 스크루 보호 원통;

   을 구비한 약액저장소를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 습식식각장비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 약액 저장소는 식각 공정이 이루어지는 식각부의 하부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 습식 식각장비.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스크루의 회전에 의해서 액체들의 혼합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 습식 식각 장비.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스크루 보호 원통은 산용액에 반응하지 않는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 습식 식각 장비.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 약액 저장소 내에서 액체들의 흐름은 수직 기류인 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 습식 식각 장비.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 약액 저장소 내부에 있는 약액들이 일정한 농도를 가지고 균일하게 섞여 있는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이 습식 식각 장비.
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