KR100860294B1 - 유리기판 에칭 장치와 상기 에칭 장치에 의하여 제조된유리박판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리기판을 에칭하여 유리기판의 두께를 얇게 만드는 유리기판 에칭장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 상기 유리기판이 적어도 하나 이상 배열되고, 상기 유리기판의 하부에는 상기 유리기판과 지면이 기울기를 형성하게 하고, 상기 유리기판의 고정과 탈거를 가능하게 하는 고정부재를 구비하고, 상기 유리기판 상부에는 에칭액이 하방으로 분사되는 분사부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치와 상기 장치에 의하여 제조된 유리박판에 관한 것이다.
상기 분사부재는 적어도 하나 이상의 노즐과 노즐헤드를 포함하여 이루어지고, 상기 노즐에서 에칭액이 스프레이로 분사되는 것을 특징으로 하고, 상기 유리기판과 노즐 끝단 사이의 간격은 노즐의 배치간격과 노즐의 에칭액의 분사 각도에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
TFT-LCD, 유리기판, 유리 에칭, 유리박판

Description

유리기판 에칭 장치와 상기 에칭 장치에 의하여 제조된 유리박판{An apparatus for etching a glass wafer, and a glass sheet manufactured by the same}
본 발명은 유리기판을 에칭하여 유리기판의 두께를 얇게 만드는 유리기판 에칭장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 상기 유리기판이 적어도 하나 이상 배열되고, 상기 유리기판의 하부에는 상기 유리기판과 지면이 기울기를 형성하게 하고 상기 유리기판의 고정과 탈거를 가능하게 하는 고정부재를 구비하고, 상기 유리기판 상부에는 에칭액이 하방으로 분사되는 분사부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치와 상기 장치에 의해 제조된 유리박판에 관한 것이다.
현대 사회가 고도로 정보화 되어감에 따라서 광일렉트로닉스(photoelectronics) 관련부품 및 기기가 현저하게 진보하고 보급되고 있다. 그 중에서, 화상을 표시하는 디스플레이장치는 텔레비전 장치용, 퍼스널컴퓨터의 모니터 장치용 등에 대한 연구가 가속화되었다. 이에 따라 상기 디스플레이 장치에 필수적인 기판에 사용되는 유리 박판과 상기 박판의 제조방법에 대한 연구도 함께 가속화되었다.
종래에 디스플레이 패널을 경량 박형화하는 기술에는 크게 기계 연마법과 화학적 습식 에칭법(wet-etching)이 있다. 디스플레이 개발 초기에는 아주 얇은 슬림 패널이 요구되지 않아 기계 연마법을 많이 사용하였으니 최근에는 초슬림 제품이 요구되어 지면서 생산성이 우수한 화학적 습식 에칭법(wet-etching)을 사용하기 시작하였다.
상기 화학적 습식 에칭법(wet-etching) 중에서 TFT-LCD용 패널 슬림의 제조방법에 제일 먼저 적용된 것은 디핑법이며, 그 보다 한 단계 진화한 것이 스프레이법과 제트플로우법이지만 상기 디핑법의 유사한 원리가 적용된 것이다. 다만 거시적인 에칭액의 공급과 반응 생성물 확산, 제거의 원리가 다를 뿐이다.
상기 화학적 습식 에칭법에 대하여 간단히 설명하자면, 상기 습식 에칭법은 에칭액의 교반 완료 후 에칭액의 주요 구성 성분인 [H+], [HF]와 [HF2 -]와 유리기판의 주요 성분인 O-Si-O (SiO2) 사이의 화학 반응을 이용한 것으로 상기 화학 반응식은 아래와 같다.
SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
상기 불소산(HF)을 포함한 에칭액을 이용하여 수행하는 유리기판이 에칭되는 단계는 하기와 같이 다섯 단계로 구분할 수 있으며, 상기 다섯 단계가 에칭의 특성을 좌우한다. 상기 다섯 단계는 ⅰ)유리기판 부근의 확산층 內에 에칭액의 확산, ⅱ)에칭액 성분이 유리기판 표면에 흡착, ⅲ)에칭액 성분과 유리기판과의 화학 반 응, ⅳ)화학 반응 후 만들어진 반응 생성물이 유리기판으로부터 이탈, ⅴ)반응 생성물이 유리기판 부근 확산 층 밖으로 제거되는 단계이다.
상기 화학원리를 이용하고 있는 습식 에칭법인 디핑법, 스프레이법, 제트플로우법에 대한 기술을 살펴보면 다음과 같다. 상기 디핑법은 에칭조(etching bath) 안에 에칭액을 담아 상기 에칭액에 유리기판을 담근 후 에어 버블(air bubble)을 에칭조 바닥에서 발생시킨다. 상기 에어 버블로 인하여 유리기판 표면에서 에칭액의 흐름 현상이 발생하도록 하는 것이다. 여기서 상기 에어 버블은 에칭액의 확산과 반응 생성물의 이탈 및 확산층 밖으로 제거 등 에칭액 혹은 생성물의 운동론에 관계한다. 상기 에어 버블은 에칭액 및 반응 생성물의 운동에너지를 크게 해 접촉, 확산 및 이탈을 빠르게 발생할 수 있도록 도와주게 된다.
즉, 유리기판에 신액을 신속하게 공급하고 생성물을 기판 표면으로부터 신속하게 빼내오는 역할을 하게 된다. 상기와 같은 원리로 동작하는 상기 디핑법의 장점은 에칭액이 에칭조에 꽉 차있으므로 카세트에 기판을 꽂아 한꺼번에 여러 장을 투입할 수 있어 생산성이 높다는 것이다. 상기 디핑법의 단점은 반응 생성물이 계속해서 에칭조 안에 남아 있어 이러한 반응 생성물이 기판 표면에 붙는 등 표면 품질에 악영향을 미친다. 상기와 같은 이유로 상기 유리기판의 식각량을 많게 하여 상기 유리기판의 두께를 얇게 하기 힘들며, 상기 유리기판을 에칭하기 위하여 사용되는 에칭액의 사용량이 많다는 단점이 있다.
상기와 같은 디핑법의 단점을 보완하기 위해 개발된 것이 스프레이법이다. 상기 스프레이법은 품질적인 측면에서 디핑법보다 진보된 방법이다. 도 1을 참고하 면 상기 스프레이법은 노즐(11)로부터 에칭액(12)이 분사되어 유리기판(13)에 뿌려지는 것이다. 에칭 원리를 통한 에칭 단계는 앞에 디핑법에서 언급한 것과 동일하다. 그러나, 상기 스프레이법은 스프레이라는 도구를 사용하고 유리기판에 수직하게 에칭액이 입사되므로 에칭액의 운동에너지가 매우 크며, 신액 공급과 생성물의 제거를 좀 더 신속하고 균일하게 할 수 있다. 또한, 상기 스프레이법이 디핑법보다 우수한 표면 품질을 구현할 수 있고 같은 온도에서 에치레이트(etch rate)가 조금 높다.
상기 스프레이법은 반응 생성물을 손쉽게 제거하고 에칭액이 계속해서 액탱크와 에칭 공간을 순환하기 때문에 대용량의 탱크를 사용할 수 있다. 또한, 상기 스프레이법은 반응 생성물의 처리 등을 통해서 지속적으로 사용할 수 있어 표면 품질을 우수한 상태로 유지할 수 있고 에칭액 사용량을 절감할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 상기 스프레이법에 의하는 경우 유리기판을 한 장씩 처리해야 하므로 생산성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 젯플로우(jet flow)법이 개발되었으나, 상기 젯플로우(jet flow)법은 디핑법과 스프레이법의 혼합이라 볼 수 있다. 상기 젯플로우(jet flow)법은 에칭조에 에칭액을 채우고 유리기판을 침적시킨 후, 한쪽에서 에칭액의 흐름을 강력하게 발생시켜 디핑법에서 에어버블의 역할을 하게 한다. 또한, 에칭조에 에칭액을 계속 공급하여 에칭조를 넘는 에칭액은 다시 회수해서 사용하였다. 그러나, 상기 젯플로우(jet flow)법은 생산성을 향상시킬 수 있는 방법이나 초기 투자비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 유리기판 에칭 장치는 적어도 하나 이상의 유리기판이 배열되고, 상기 유리기판의 하부에는 상기 유리기판과 지면이 기울기를 형성하게 하고 상기 유리기판의 고정과 탈거를 가능하게 하는 고정부재를 구비하게 하고, 상기 유리기판 상부에는 에칭액이 하방으로 분사되는 분사부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하여 유리기판을 보다 얇은 박판으로 용이하게 제조할 수 있는 유리기판 에칭 장치와 상기 장치에 의하여 제조되어 품질이 향상된 유리박판을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유리기판 에칭 장치는 상기 유리기판이 적어도 하나 이상 배열되고, 상기 유리기판의 하부에는 상기 유리기판과 지면이 기울기를 형성하게 하고 상기 유리기판의 고정과 탈거를 가능하게 하는 고정부재를 구비하고, 상기 유리기판 상부에는 에칭액이 하방으로 분사되는 분사부재가 구비되되, 상기 분사부재는 적어도 하나 이상의 노즐과 노즐헤드를 포함하여 이루어지고, 상기 노즐에서 에칭액이 스프레이로 분사되며, 상기 유리기판과 노즐 끝단 사이의 간격은 노즐의 배치간격과 노즐의 에칭액의 분사 각도에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
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바람직하게는, 상기 유리기판과 노즐의 수직관통한 수직면과 이루는 기울기는 0°내지 45° 사이인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 고정부재에 복수개 배열되는 유리기판 간의 피치는 5㎜ 내지 300㎜인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 분사부재와 연결되는 에칭액저장조를 추가 포함하고, 상기 고정부재 하단에는 노즐에서부터 분사된 에칭액과 유리기판의 반응물이 수집되는 반응물저장조가 구비하고, 상기 반응물저장조에서 상기 에칭액저장조로 미반응된 에칭액이 유입되어 순환되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반응물저장조에는 상기 반응물과 상기 미반응 에칭액을 분리하기 위하여 필터부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에칭액은 불소산이고, 상기 에칭액의 수소이온, 불소산 및 이불소산의 농도에 의하여 유리기판의 에칭율이 변화하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 고정부재는 상기 유리기판을 고정하고 반응물이 반응물저장조로 빠져나가게 하는 유리기판접촉부재를 형성하는 것을 특징으로 한다.
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이상에서 상술한 바와 같이 상기와 같은 본 발명에 따른 유리기판 에칭 장치 에 따르면, 유리기판을 보다 용이하게 얇은 박판으로 제조할 수 있게 됨으로써 생산성이 향상되었으며, 상기 유리기판 에칭장치는 유리기판을 따라 에칭액을 흐르게 함으로써 표면 품질 향상, 0.3mm 이하 초슬림 식각 가능 및 1000 x 1200 ㎟ 이상의 대면적 초슬림 식각 가능하게 하는 등의 장점을 모두 가지고 있어 경제성을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하고자 한다. 첨부 도면 중 도 1은 종래기술을 통하여 유리기판의 에칭하여 식각하는 것을 나타낸 제조 공정을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유리기판 에칭장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유리 에칭 식각 제조 공정을 나타내는 도면이다.
그리고, 도 4는 본 발명의 노즐과 기판의 기하학적 배치 구성을 나타낸 측면도 및 정면도이고, 도 5는 종래기술과 본 발명과의 유리 에칭 방법의 비교하는 비교도이며, 도 6은 유리기판 표면에 공급되는 에칭액의 양과 에치레이트 및 표면 품질과의 관계를 나타낸 그래프이다.
또한, 도 7은 기판 표면에 공급되는 에칭액의 양과 기판 상하의 두께차이를 나타낸 그래프이고, 도 8은 유리기판의 간격에 따른 식각 두께 차이 분포 실시예를 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유리기판과 노즐을 수직으로 관통하는 수직면과 이루는 기하학적 관계를 나타내는 도면이다.
더불어, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유리기판과 고정부재와의 기 하학적 관계를 나타낸 도면이다.
도 2 와 도 3을 참고하면, 본 발명은 상기 유리기판(300)의 표면을 에칭하여 유리기판(300)의 두께를 얇게 만드는 유리기판 에칭장치(100)에 관한 것이다. 상기 에칭장치(100)는 유리기판(300)과 에칭액을 하방으로 분사하는 분사부재(101) 및 상기 유리기판(300)을 고정하는 고정부재(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 유리기판(300)은 적어도 하나 이상 배열되어야 한다. 상기 유리기판(300)이 상기 에칭 장치에 여러 개 들어가게 하여 한꺼번에 여러 개의 얇은 유리기판을 제조할 수 있는 것이다. 또한, 상기 유리기판(300)은 규소(Si) 또는 산화규소(SiO2)가 포함되어 에칭액인 불소산(HF)에 의하여 식각될 수 있어야 한다. 그러나, 상기 에칭액(104)에 따라 상기 유리기판(300)은 달리 배열할 수 있는 것이며, 이에 한정하지 않는다.
그리고, 상기 유리기판(300)의 하부에는 유리기판(300)과 지면이 기울기를 형성하게 하고 상기 유리기판(300)를 고정시킬 수 있는 고정부재(200)를 형성한다. 이때, 기판은 에칭액 공급 장치와 정확하게 90°를 이룰 필요는 없다. 상기 고정부재(200)는 재질이 고분자수지나 유기물질 등으로 된 것으로 유리기판(300)을 고정함과 동시에 유리기판(300)과의 접촉면을 최소화하여야 한다. 왜냐하면, 상기 유리기판(300)에 에칭액이 분사되어 빈틈없이 반응하여야 하기 때문이다. 그러나, 상기 고정부재(200)는 상기 유리기판(300)을 고정할 수 있는 것이라면 상기 고분자 수지 등에 한정하지 않는다.
또한, 상기 고정부재(200)는 상기 유리기판(300)이 여러 개가 고정시킬 수 있도록 간격을 두고 홈을 형성할 수 있으며, 상기 유리기판(300)의 너비와 상기 고정부재(200)와의 너비가 동일하게 하여 끼워지게 하여 고정할 수 있으며, 고정부재(200)와 최소 면적을 두고 고정한다.
그리고, 상기 고정부재(200)는 유리기판(300)을 여러 개를 끼워 고정할 수 있어 상기 고정부재(200)를 유리기판(300)이 끼워진 일체로 하여 에칭존(etching zone)에 투입하고 상기 유리기판(300)을 에칭한 후 상기 일체를 꺼내는 방식이다. 상기와 같이 고정부재(200)의 에칭존(etching zone)에 투입과 배출이 용이함으로 인하여 한꺼번에 여러 장의 유리기판(300)을 에칭할 수 있다. 본 발명은 상기와 같이 경우에 따라 하나의 유리기판(300) 또는 다수의 유리기판(300)을 에칭처리 할 수 있으므로 효과적이다. 또한, 본 발명은 스프레이법을 적용하면서 디핑법 보다 더 많은 유리기판(300)을 에칭할 수 있어 매우 생산적이고 경제적이다.
게다가 상기 고정부재(200)는 유리기판(300)이 받는 외력이 거의 없기 때문에 플렉서블(flexible)하게 구현할 수 있다. 도 10을 참고하면, 상기 고정부재(200)로서 집게(202)를 구비하여 유리기판(300)을 고정할 수 있다. 상기 고정부재(200)가 유리기판(300)과 지속적으로 접촉하고 있으면 반응생성물이 상기 고정부재(200)에 쌓이게 되어 얼룩 등 표면 품질 불량이 발생하게 되기 때문이다. 본 발명에서는 고정부재(200)의 기판의 종류나 공정에 따라 고정부재(200)를 구비할 수 있어 설계 자유도가 매우 크다는 장점을 가진다. 그 이유는 유리기판(300)의 상부에서 기판 표면을 따라 에칭액(104)이 분사되므로 외력의 영향을 최소로 줄일 수 있기 때문이다.
상기 유리기판(300) 상부에서 에칭액(104)이 분사되는 분사부재(101)가 구비되어 있다. 상기 유리기판(300) 상부에 구비되어 에칭액(104)을 위에서 아래로 액을 공급해 주므로 유리기판(300)이 받는 외력은 거의 발생하기 않는다. 유리기판(300)이 받는 외력이 작으므로 중력에 대한 지지 구조물의 설계가 매우 용이하기 때문이다. 상기와 같은 이유로 인하여, 상기 유리기판(300)을 0.1mm 이하로 아주 얇게 하는 것과 4세대 이상의 1100 x 1250 ㎟ 이상의 대면적의 식각을 하는데 있어서 매우 유리하다.
상기 분사부재(101)는 적어도 하나 이상의 노즐(103)과 노즐헤드(102)를 포함하여 이루어지고, 상기 노즐(103)에서 에칭액이 스프레이 형태로 분사된다. 상기 노즐헤드(102)는 하나 이상 형성되어 이루어지며 하나의 노즐헤드(102)에 노즐(103)이 적어도 하나 이상 형성되어 있다.
도 5를 참고하면, 상기 스프레이식으로 분사시키는 이유는 적은 양으로도 넓은 면적을 식각할 수 있으며 식각 두께를 일정하게 조절할 수 있기 때문이다. 상기 유리기판(300)의 상부에 분사부재(101)가 형성됨으로 인하여 에칭액(104) 분사시 유리기판(300)이 받는 압력을 최소화하게 된다. 또한, 상부에서 중력에 의해 떨어지는 에칭액(104)은 유리기판(300) 상부 혹은 중앙, 하부에 접촉한 후 표면 장력에 의해 유리기판(300)을 따라 하부로 자연스럽게 흘러내리면서 유리기판(300) 표면을 에칭시킨다. 이에 비하여 종래기술인 스프레이법은 유리기판(13)에 직접적으로 에칭액(12)이 분사되면서 분사시 유리기판(13)이 받은 압력이 크다.
도 4를 참고하면, 상기 유리기판(300)과 노즐(103) 끝단 사이의 간격은 노즐(103)의 배치간격과 노즐(103)의 에칭액(104)의 분사 각도에 따라 결정된다. 상기 유리기판(300)과 노즐(103) 끝단 사이의 간격은 상기와 같이 결정되어 에칭액(104)에 노출되지 않는 부분이 발생하지 않도록 한다. 본 발명의 상기 유리기판(300)과 노즐(103) 끝단 사이의 간격인 h는 노즐간 간격을 Np, 노즐헤드 간격을 Hp 및 노즐분사각도를 θ로 나타내면 다음과 같은 parameter를 정의할 수 있다.
Figure 112008001715499-pat00001
노즐(103)과 유리기판(300) 사이의 간격은 상기 두 식을 모두 만족하는 기하학적인 특성을 가져야 한다. 상기 유리기판(300) 최외곽 지점과 최외곽 노즐(103) 사이의 간격을 d라 하면, 하기 수학식 2를 만족해야 에칭액(104)에 노출되지 않은 부분이 발생하지 않는다.
Figure 112008001715499-pat00002
그리고, 또 다른 쪽의 유리기판(300) 최외곽 지점과 최외곽 노즐(103) 사이의 간격을 d'라 하면 d'는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있으며, 하기의 수학식을 만족하여야 한다.
Figure 112008001715499-pat00003
상기 유리기판(300)과 노즐의 수직관통하는 수직면과 이루는 기울기는 0° 내지 45° 사이에서 형성된다. 도 9를 참고하면, 상기 유리기판(300)은 상기 노즐(103)을 수직으로 관통하는 수직면과 이루는 각이 0°일 때가 가장 바람직하다. 그러나, 상기와 같이 하면 에칭 공간 내부에서 노즐의 분사 및 액이 고체와의 충돌 등으로 vapor가 발생하여 액체가 아닌 기체에 의해서도 에칭 식각이 발생하므로 상기 유리기판(300)과 노즐(103)의 수직으로 관통하는 수직면과 이루는 각이 30°로 기울어진 경우 상하 두께 차이가 거의 발생하지 않는다. 그러나, 상기 기울기가 47°가 기울어졌을 때에는 반응 생성물의 원활한 제거가 이뤄지지 않아 유리기판(300)의 하부의 두께가 두꺼워지는 경우가 발생한다. 그러므로, 상기와 같은 기울기의 범위 내에서 상기 기울기가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 고정부재(200)에 복수개 배열되는 유리기판(300) 간의 피치는 5㎜ 내지 300㎜ 이어야 한다. 상기 유리기판(300) 간의 피치를 상기와 같이 하는 것은 많은 수의 기판을 식각해 내어 유리기판(300)의 에칭시에 생산성을 높이고자함이다. 실제에 있어 같은 공간에 기판을 40mm pitch로 배열하는 것과 8mm pitch로 배열하는 것은 생산성이 5배 차이가 나는 것으로 생산성을 좌우하는 매우 중요한 인자이다. 상기 유리기판(300)의 배열 pitch를 줄이는 것은 생산성 향상을 가져오지만, 노즐 배열 pitch를 작게 하기위해서는 노즐이 붙어있는 노즐헤드(102) pitch 역시 작아져야 한다. 상기 노즐헤드(102) pitch가 작아지면 배관 경을 작게 해야 하는데 이럴 경우 노즐(103)에 충분한 액을 공급하기 어려우므로 규격품이 아닌 부품을 사용해야 하므로 투자비가 많이 소요되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 상기 노즐(103)의 유지 보수가 매우 어려워지는 단점도 발생한다.
그러므로, 상기 유리기판(300) 간의 피치는 상기의 거리범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 한 번에 투입되는 기판의 수는 에칭 공정 전체 식각량을 의미하므로 에칭 장치 특히, 탱크 용량과 노즐에서 분사되는 분사 압력을 균일하게 유지할 수 있는 배관 및 펌프 용량 spec. 등을 고려해야 한다.
상기 분사부재(101)에는 에칭액저장조가 구비되어 있으며, 상기 에칭액저장조와 상기 반응물저장조는 서로 연결되어 구비되어 있다. 상기 에칭액저장조에는 불소산이 있으며, 본 발명의 공정에 따라 상기 불소산 이온의 농도와 양을 조절한다.
상기 고정부재(200) 하단에는 노즐(103)에서부터 분사된 에칭액(104)과 유리기판(300)의 반응물이 수집되는 반응물저장조가 구비되고, 상기 반응물저장조에서 에칭엑저장조로 미반응된 에칭액이 유입되어 순환된다. 상기 에칭액(104)과 유리기 판(300)이 반응을 하여 반응한 반응물들은 반응물저장조로 신속하게 빠져나가게 된다. 상기 반응물저장조와 에칭액저장조는 연결되어 있거나 같은 공간을 사용하여 미반응 에칭액을 순환하게 한다. 상기 반응물 중 미반응 에칭액은 다시 에칭액저장조로 유입되도록 형성되어, 신액의 공급과 생성물의 신속한 제거가 가능하여 표면 품질 특성을 향상시킨다. 상기 반응물저장조에는 상기 반응물과 상기 미반응 에칭액(104)을 분리하기 위하여 필터부재를 포함할 수 있다.
상기 에칭액(104)은 불소산(HF)이고, 상기 에칭액(104)의 수소이온(H+), 불소산(HF) 및 이불소산(HF2)의 농도에 의하여 유리기판의 에칭율이 변화된다. 상기 수소이온(H+), 불소산(HF) 및 이불소산(HF2)의 농도에 의해서 에치레이트(etch rate)가 변화하는 것을 말하는 것이며, 상기 유리기판(300)의 표면에 공급되는 액량과는 비례적인 관계를 갖지 않는다.
도 6을 참고하면, 상기 에칭액(104)의 일정 이상의 액량만 공급하면 에치레이트 및 표면 품질을 확보할 수 있다. 상기 에칭액(104) 액량과 에치레이트 및 표면 품질은 비례관계를 갖지 않으므로 상기 에칭액(104)은 필요 이상의 액량만 공급하면 되는 것이다. 또한, 도 6과 도 7를 참고하면, 상기 유리기판(300) 상부에서 액을 공급해도 기판 하부에서 필요한 양 이상의 에칭액 성분이 포함되면 유리기판(300)의 상부(302)와 하부(303)의 두께 차이 및 품질 차이가 발생하지 않는다. 즉, 필요 이상의 에칭액이 항상 유리기판(300) 표면과 접촉하고 있으면 에치레이트 확보는 물론 우수한 표면 품질을 확보할 수 있다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 상기 고정부재(200)는 상기 유리기판(300)을 고정하고 반응물이 반응물저장조로 잘 빠져나가게 하기 위한 유리기판접촉부재(201)를 형성하고 있다. 상기 유리기판접촉부재(201)는 원형의 구조물로서, 내불산 재료, PVC, 피크(peek), 테프론 등으로 되어 있다. 상기 유리기판접촉부재(201)는 상기의 재질과 형태로 한정하는 것은 아니며 유리기판(300)을 보다 잘 고정하고 에칭액(104)과 반응물이 잘 흘러나가게 할 수 있는 것이라면 이에 한정하지 않는다. 또한, 상기 유리기판접촉부재(201)는 유리기판(300)과 점접촉을 하여 반응 생성물이 최대한 잘 흘러내릴 수 있도록 하고 측면은 기판 두께보다 큰 간격을 가진다.
상기에 기재되어 있는 유리에칭 장치에 의하여 제조된 유리기판은 0.3 내지 1㎜ 두께를 가지며, 더욱 얇게는 0.1㎜이하의 두께로 제조할 수 있다. 그리고, 상기 유리 에칭장치는 상기 두께로 된 1000×1200㎟ 내지 1100×1300㎟ 면적의 TFT-LCD 유리기판을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 중 하나로서 유리기판(300)의 배열 간격의 변화에 따른 유리기판(300)의 상부와 하부의 두께의 차이를 살펴본다. 또한, 또 다른 실시예로서 상기 노즐(103)의 간격과 유리기판(300)의 간격에 따른 유리기판(300)의 상부와 하부의 두께의 차이를 살펴보고자 한다.
-제 1 실시예-
에칭액이 일정량 이상이 되면 유리기판의 상하 두께의 차이가 거의 발생하지 않음을 알아보기 위하여 상부 노즐은 가로 세로 pitch 50㎜로 배열하였고, glass pitch를 무한대, 90㎜, 30㎜ 로 변화시켜 기판 표면에 공급되는 에칭액량을 변화시켰다. 이때 사용한 노즐의 분출량은 분당 0.1 ∼ 2리터 이고, 에칭 기판은 370 x 470 (㎜) x 0.63㎜ (두께)로 300um를 식각했을 경우이다.
Glass pitch 무한대 90mm 30mm
상하 두께 차이 1∼2um 5∼10um 15∼20um
상기의 표 1과 도 8을 참고하면, 상기 기판에 필요 이상의 에칭액을 공급하면 원하는 spec.을 얻을 수 있다. 상하 균일한 두께 분포를 얻고자 한다면 상부에서 공급하는 에칭액 량을 증가시키면 되며, 생산성을 높이고자 한다면 상부에서 공급하는 에칭액 량을 증가시키고 glass 배열 pitch를 줄이면 같은 공간에서 많은 수의 유리 기판을 식각해 낼 수 있는 것을 알 수 있다.
- 제 2 실시예 -
현재 LCD 기판 두께 uniformity spec.은 ± 20um 수준이며, 이의 spec.을 만족하게 하기 위하여 노즐 및 기판 배열의 간격을 변화시켜서 이에 따른 유리기판의 상부(302)와 하부(303)의 두께의 차이를 알아보았다. 상기 TFT-LCD non-alkali glass (NEG OA-21 혹은 SCP E2K) 등 저밀도 glass의 590 x 670 size의 합착 panel(1.26㎜ 두께)을 0.6㎜로 식각했을 경우의 실시 예이다.
노즐 pitch 50㎜ 40㎜ 15㎜ 50㎜
Glass pitch 40㎜ 30㎜ 8㎜ 8㎜
기판 상하 두께차이 19∼26um 13∼21um 9∼18um 35∼50um
본 발명의 제 2 실시예에서 사용된 노즐의 분출량은 분당 0.3리터이다. 실제에 있어 같은 공간에 기판을 40㎜ pitch로 배열하는 것과 8㎜ pitch로 배열하는 것은 생산성이 5배 차이가 나는 것으로 생산성을 좌우하는 매우 중요한 인자이다. 기판 배열 pitch를 줄이는 것은 생산성 향상을 가져오지만, 노즐 배열 pitch를 작게 하기위해서는 노즐이 붙어있는 노즐헤드 pitch 역시 작아져야 한다. 헤드 pitch가 작아지면 배관 경을 작게 해야 하는데 이럴 경우 노즐에 충분한 액을 공급하기 어려우므로 규격품이 아닌 부품을 사용해야 하므로 투자비가 많이 소요되는 단점이 발생하게 되고, 유지 보수가 매우 어려워지는 단점도 발생한다. 한 번에 투입되는 기판의 수는 에칭 공정 전체 식각량을 의미하므로 에칭 장치 특히, 탱크 용량과 노즐에서 분사되는 분사 압력을 균일하게 유지할 수 있는 배관 및 펌프 용량 spec. 등을 고려해야 한다. 디스플레이 등의 품질을 만족하기 위해서는 표면에 일정량 이상의 액을 공급해주어야 하는데, 본 실험에 의하면
노즐의 분당 분출량 = Nozzle [m3/min] ; 분당 분출량
기판(glass) 배열 pitch] = Gpitch [m] ; 기판의 배열 dimension
노즐배열 가로 pitch = Nhpitch [m] ; 노즐의 배열 가로 pitch dimension
노즐배열 세로 pitch = Nvpitch [m] ; 노즐의 배열 세로 pitch dimension 라고 하면 Cf 값은
Figure 112008001715499-pat00004
이다.
본 발명에서 임의의 변수화한 Cf는 critical factors이며 이는 수식 전개에 있어 기판의 피치만을 고려하고 길이를 고려하지 않아 dimension이 m2/min이 되었지만 실제 의미는 m3/min 이다. 기판의 길이는 중요하지 않은 인자이기 때문이다.
본 실험에서 노즐의 분당 분출량은 0.3 리터 정도로 사용하였다. 하기 표 3은 노즐과 유리기판의 간격에 따른 Cf 값을 나타내었다.
노즐 pitch 0.05m 0.04m 0.015m 0.05m
Glass pitch 0.04m 0.03m 0.008m 0.008m
Cf[m2/min] 0.0048 0.00563 0.01067 0.00096
상기 표 3을 살펴보면 노즐 피치 50mm(0.05m), 기판(glass) 피치 8mm(0.008m)인 경우 기판 상하 두께 차이가 35∼50um 수준으로 일부 spec.안에 들어오기는 하지만 동시에 여러 장을 식각하기 때문에 에칭 전 기판의 두께 차이가 10∼15um 수준으로 에칭 전 두께 차이만큼의 여유를 확보해야 하기 때문에 노즐 피치 50mm에 기판 배열 피치 8mm는 실제 적용에 어려운 기하학적 배치이다.
한편, 본 발명은 유리기판를 얇게 만드는 방법 중 화학적 에칭법과 관련한 것이다. 기존의 디핑법은 대면적 전면에 대해 균일한 에칭과 정확한 두께 제어가 힘들다는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 기술인 스프레이법은 양쪽에서 스프레이로 액을 공급해주기 때문에 액의 분사압력과 함께 기체의 유동을 일으켜 대면적의 기판을 중력에 대해 지지하는 것이 구조적으로 매우 어렵다는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 극복하고자 본 발명은 에칭액을 유리기판의 상부에서 분사함으로써 외력을 최소화하였다. 또한, 상기 유리기판을 1.26㎜ 혹은 1.0㎜의 TFT-LCD 합착 패널(Panel)을 에칭 식각하여 예를 들어 1.0㎜ 이하 (0.9㎜, 0.8㎜, 0.6㎜ 등)의 박막으로 제조할 수 있다. 본 발명의 에칭장치는 상기 TFT-LCD, OLED 등 display의 합착 Panel은 물론, 합착 전의 유리기판 및 실리콘 웨이퍼 등에 대한 슬림 에칭을 할 수 있다. 더불어 본 발명의 에칭장치는 표면 품질을 향상시키는 동시에 생산성이 우수하고 생산성 대비 투자비용이 낮은 공정 기술이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래기술을 통하여 유리기판의 에칭하여 식각하는 것을 나타낸 제조 공정을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유리기판 에칭장치의 사시도;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유리 에칭 식각 제조 공정을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 노즐의 수직관통하는 수직면과 기판의 기하학적 배치 구성을 나타낸 측면도 및 정면도;
도 5는 종래기술과 본 발명과의 유리 에칭 방법의 비교하는 비교도;
도 6은 유리기판 표면에 공급되는 에칭액의 양과 에치레이트 및 표면 품질과의 관계를 나타낸 그래프;
도 7은 기판 표면에 공급되는 에칭액의 양과 기판 상하의 두께차이를 나타낸 그래프;
도 8은 유리기판의 간격에 따른 식각 두께 차이 분포 실시예를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유리기판과 노즐의 기하학적 관계를 나타내는 도면; 및
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유리기판과 고정부재와의 기하학적 관계를 나타낸 도면이다.

Claims (10)

  1. 유리기판을 에칭하여 유리기판의 두께를 얇게 만드는 유리기판 에칭장치에 있어서,
    상기 유리기판이 적어도 하나 이상 배열되고, 상기 유리기판의 하부에는 상기 유리기판과 지면이 기울기를 형성하게 하고 상기 유리기판의 고정과 탈거를 가능하게 하는 고정부재를 구비하고, 상기 유리기판 상부에는 에칭액이 하방으로 분사되는 분사부재가 구비되되,
    상기 분사부재는 적어도 하나 이상의 노즐과 노즐헤드를 포함하여 이루어지고, 상기 노즐에서 에칭액이 스프레이로 분사되며,
    상기 유리기판과 노즐 끝단 사이의 간격은 노즐의 배치간격과 노즐의 에칭액의 분사 각도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리기판과 노즐의 수직관통한 수직면과 이루는 기울기는 0°내지 45° 사이인 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재에 복수개 배열되는 유리기판 간의 피치는 5㎜ 내지 300㎜인 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사부재와 연결되는 에칭액저장조를 추가 포함하고, 상기 고정부재 하단에는 노즐에서부터 분사된 에칭액과 유리기판의 반응물이 수집되는 반응물저장조를 구비하고, 상기 반응물저장조에서 상기 에칭액저장조로 미반응된 에칭액이 유입되어 순환되는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응물저장조에는 상기 반응물과 상기 미반응 에칭액을 분리하기 위하여 필터부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭액은 불소산이고, 상기 에칭액의 수소이온, 불소산 및 이불소산의 농도에 의하여 유리기판의 에칭율이 변화하는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 유리기판을 고정하고 반응물이 반응물저장조로 빠져나가게 하는 유리기판접촉부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭 장치.
  10. 삭제
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