KR100886024B1 - 기판 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 수직으로 기립시킨 상태에서 기판 양면에 식각액을 흘려서 기판을 식각하는 기판 식각 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기판 식각 장치는, 기판을 수직으로 기립시킨 상태로 유지하는 기판 수직 유지부; 수직으로 기립된 상기 기판 상단에 식각액을 분사하여 식각액이 기판 표면을 흘러내리도록 하는 식각액 분사부;를 포함한다.

Description

기판 식각 장치{APPARATUS FOR ETCHING THE SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 식각 장치의 구조를 도시하는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 수직 유지부의 구조를 도시하는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 분사부의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 시시예에 따른 기판 수직 유지부의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 분사부의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 분사부의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 식각 장치의 레이아웃을 도시하는 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 식각 장치의 레이아웃을 도시하는 블럭도이다.
본 발명은 기판을 수직으로 기립시킨 상태에서 기판 양면에 식각액을 흘려서 기판을 식각하는 기판 식각 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등 표시 장치 분야와 반도체 장치의 제조 공정은 박막 증착, 포토, 식각 공정 등의 공정을 포함하여 구성되며, 청정도를 유지하기 위한 세정 공정과 공정 전후의 결과 및 이상 여부를 확인하기 위한 검사공정을 포함한다.
한편 표시 장치 분야에서는 최근에 표시 장치의 슬림화 경향에 의하여 표시 장치 제조 후에, 표시 장치의 기판 외면을 식각하여 표시 장치를 슬림화하는 공정이 추가적으로 진행되고 있다.
따라서 기판 표면에 대한 식각 공정은 표시 장치 제조분야 또는 반도체 장치 제조분야에서는 필수적으로 요구되는 중요한 공정이다.
이러한 식각 공정은 물리적 또는 화학적 반응을 이용하여 기판 상에 형성된 패턴대로 박막을 선택적으로 제거하여 실제의 박막 패턴을 구현하거나, 기판 전면을 일정한 두께로 제거하여 기판을 일정한 두께로 얇게 만든다. 따라서 이러한 식각 공정은 그 방법에 따라 건식 식각 및 습식식각으로 구분된다. 그 중, 습식식각 은 기본적으로 케미컬 베스를 사용하게 되며, 식각액을 기판에 뿌려줄 때는 스프레이(spray), 딥(dip), 딥 엔 스프레이(dip and spray) 모드를 선택적으로 사용하게 된다.
그런데 딥 모드의 경우에는 구조가 간단하여 장비의 제작이 용이하나 양산용으로 제작할 경우 적합하지가 않은 문제점이 있다. 또한 기판을 식각한 후에 표면에 얼룩이 남아 LCD 및 OLED 등의 디스플레이 장치의 기판 식각 공정에 적용하기가 어렵고, 생산성이 낮은 문제점이 있다.
한편 스프레이 모드의 경우에는 딥 모드의 경우보다 얼룩의 발생이 적고 식각의 균일도가 좋으며, 대면적 기판을 처리하더라도 장비의 크기가 아주 커지지 않는 장점이 있다. 그러나 스프레이 모드의 경우에는 식각 속도(etching rate)가 낮아서 양산에 적합하지 않으며, 노즐의 홀이 미세하여 공정 중에 막히는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기판을 수직으로 기립시킨 상태에서 세정액이 기판면을 타고 흘러 내리면서 기판을 식각하여 식각 속도 및 식각 균일도가 향상된 기판 식각 장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 식각 장치는, 기 판을 수직으로 기립시킨 상태로 유지하는 기판 수직 유지부; 수직으로 기립된 상기 기판 상단에 식각액을 분사하여 식각액이 기판 표면을 흘러내리도록 하는 식각액 분사부;를 포함한다.
본 발명에서 상기 식각액 분사부는, 상기 기판의 양측에 각각 구비되어 상기 기판의 양면에 동시에 식각액을 분사하는 것이, 기판의 양 면에 대하여 동시에 식각 작업을 진행할 수 있어서 바람직하다.
그리고 본 발명에서 상기 식각액 분사부는, 상기 기판 표면에 식각액을 원형으로 분사하는 직사형(straight type) 노즐이거나 상기 기판 표면에 식각액을 라인 형상으로 분사하는 슬릿형(slit type) 노즐로 구성될 수 있다.
한편 상기 기판 수직 유지부는, 상기 기판의 상측 가장자리를 개방하고, 상기 기판의 하측 및 양 측면 가장자리와 접촉하여 기판을 장착하는 기판 지그이거나, 다수장의 기판을 서로 일정간격 이격시켜 수직으로 장착하는 카세트로 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 기판 식각 장치에는 상기 기판이 식각된 정도를 실시간으로 측정하는 식각률 측정부를 더 구비하는 것이, 기판이 식각된 정도를 정확하게 측정할 수 있어서 보다 정확한 공정 조건을 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 식각률 측정부는, 상기 식각액 분사부 하측에 배치되며, 상기 기판과 동일한 재질로 이루어지는 시편과 상기 시편이 식각된 정도를 측정하는 측정기를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 기판 식각 장치에는, 상기 식각액 분사부 전방에 배치 되며, 상기 기판을 장착하여 공급하는 기판 로딩부, 상기 식각액 분사부 후방에 배치되며, 상기 기판에 초순수(Deionized Water)를 분사하는 린싱 수단, 상기 린싱 수단 후방에 배치되며, 상기 기판을 건조하는 기판 건조수단, 상기 기판 로딩부와 식각액 분사부 사이에 배치되며, 상기 기판 표면에 초순수를 분사하는 초기 린싱 수단이 더 구비될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 기판 식각 장치는, 기판 수직 유지부, 식각액 분사부를 포함하여 구성된다.
먼저 기판 수직 유지부는 식각 공정을 수행할 기판을 수직으로 기립시킨 상태로 유지한다. 본 실시예에서는 이 기판 수직 유지부를 기판 지그(10) 또는 카세트(70)로 구성할 수 있다.
먼저 기판 지그(10)로 기판 수직 유지부를 구성하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 지그(10)가 상기 기판(S)의 상측 가장자리를 개방하고, 상기 기판(S)의 하측 및 양 측면 가장자리와 접촉하여 기판을 장착하는 구조를 가지도록 한다.
상기 기판 지그(10)는 기판(S)을 수직으로 기립시킨 상태에서 탑재시키는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 기판 식각 장치에서는 기판(S)을 수직으로 기립시킨 상태에서 기판 표면에 대한 식각 작업을 진행하므로, 공정 진행 중에 기판이 수직으로 기립된 상태를 유지하여야 한다. 일반적으로 기판(S)은 매우 얇은 측면을 가지고 있으므로, 수직으로 기립한 상태를 유지할 수 없다. 따라서, 기판 지그(10)를 사용하여 기판으로 수직으로 유지하는 것이다.
이 기판 지그(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 하면 가장자리 부분과, 양 측면 가장자리 부분과 접촉하여 기판을 안정적으로 고정한다. 이때 기판의 상면 부분은 개방된 상태를 유지한다. 이 기판 상면 부분은 식각액이 유입되는 부분이므로, 개방되어야 하는 것이다.
그리고 이 기판 지그(10)에는 지그 이동수단(60)과 결합하여 기판 지그(10)를 수평으로 이동시키는 이동수단 결합부(도면에 미도시)가 더 구비된다. 이 이동수단 결합부는 기판 지그(10)의 하면에 구비된다. 이 이동수단 결합부는 롤러 등으로 구성되어 기판 지그가 진동없이 안정적으로 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편 기판 지그(10)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 지그(10)가 수평 이동하는 동하는 동안 쓰러지지 않도록 측면을 지지하는 측면 가이드부(12)가 더 구비될 수 있다. 이 측면 가이드부(12)는 별도로 구비되는 가이드바(72)와 결합하여 기판 지그(10)를 안내한다. 따라서 이 측면 가이드부(12)는 가이드바(72)와 결합한 상태에서 슬라이딩하여 측면 이동이 가능한 구조를 가진다.
한편 기판 수직 유지부가 카세트(70)로 구성되는 경우에는 기판 지그(10)의 경우와 달리 다수개의 기판을 동시에 처리할 수 있다는 장점이 있다. 카세트(70)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(S)이 수직으로 기립된 상태에서 서로 평행하게 다수개가 장착될 수 있도록 다수개의 기판 삽입구(72)를 가진다. 그리고 카세트(70)를 이용하는 경우에는 카세트 단위로 각 공정 포지션으로 이동하면서 식각 공정이 진행된다.
다음으로 유지부 이동수단(60)은 기판 수직 유지부 예를 들어, 기판 지그(10) 또는 카세트(70)를 수평 이동시키는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 기판 식각장치에서는, 기판(S)을 기판 지그(10) 또는 카세트(70)에 장착한 상태에서 수평 이동시키면서 식각 공정을 진행한다. 따라서 기판 지그(10) 또는 카세트(70)를 각 공정이 진행되는 위치로 수평 이동시키는 역할을 유지부 이동수단(60)이 수행하는 것이다. 이 유지부 이동수단(60)은 일정한 레일 등의 형태로 마련되고, 기판 지그(10) 또는 카세트(70)의 하부에 구비되는 이동수단 결합부가 이 레일과 결합하여 수평이동하는 것이 바람직하다.
그리고 이 유지부 이동수단(60)은 식각 과정이 진행되는 동안 기판 지그(10) 또는 카세트(70)를 수평 방향으로 왕복 이동시킬 수 있다. 이렇게 식각 진행 과정에서 기판 지그(10) 또는 카세트(70)를 수평 방향으로 왕복 이동시키는 것은 기판 표면의 식각 균일도를 향상시키기 위함이다.
다음으로 식각액 분사부는 수직으로 기립된 상기 기판(S) 상단에 식각액을 분사하여 식각액이 기판 표면을 흘러내리도록 하는 구성요소이다. 이 식각액 분사부는 식각 진행 과정에서 수평 방향으로 왕복 이동할 수 있다. 이렇게 식각 진행 과정에서 식각액 분사부를 수평 방향으로 왕복 이동시키는 것은, 기판 표면의 식각 균일도를 향상시키기 위함이다. 그리고 본 실시예에서는 이 식각액 분사부를 하방 분사형 노즐(20), 직사형 노즐(80) 또는 슬릿형 노즐(90)로 구성할 수 있다.
하방 분사형 노즐(20)은 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 상측에 배치되어, 기판 방향으로 식각액을 일정한 속도로 분사하는 구성요소이다. 이 하방 분사형 노즐(20)은 다양한 구조가 가능하겠지만, 슬릿형상으로 구비되어 길게 형성되어 있는 기판의 양 표면에 균일하게 식각액을 분사하는 것이 바람직하다.
한편 직사형(straignt type) 노즐의 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 원형 관(82) 형상을 가지며, 상기 기판(S) 표면에 식각액을 원형으로 분사한다. 이때 원형 관(82)의 직경은 1 ~ 2mm 정도로 기존의 스프레이 노즐보다 커서 막히지 않을 정도인 것이 바람직하다. 이 직사형 노즐의 경우에는 식각액을 분사하는 압력이 매우 작아서, 기판에 분사된 식각액이 튀지않고 흘러내릴 수 있는 정도인 것이 바람직하다.
그리고 슬릿형(slit type) 노즐(90)의 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 긴 슬릿 형상을 가지며, 상기 기판 표면에 식각액을 라인 형상으로 분사한다. 이러한 슬릿형 노즐(90)의 경우에는 기판(S)의 양 측에 각각 구비될 수도 있고, 기판의 직 상방에 하나가 구비될 수도 있다. 이러한 슬릿형 노즐의 경우에도 전술한 직사형 노즐의 경우와 마찬가지로 식각액 분사 압력이 작은 것이 바람직하다.
한편 상기 기판 수직 유지부가 카세트(70)로 구비되는 경우에는 카세트에 장착되어 있는 모든 기판을 식각하기 위하여 카세트의 기판 삽입구(72) 별로 구분되 어 식각액 분사부가 구비되는 것이 바람직하다.
다음으로 식각률 측정부(도면에 미도시)는 상기 기판(S)이 식각된 정도를 실시간으로 측정한다. 기판이 실제 식각액에 의하여 어느 정도 식각되었는지를 정확하게 측정할 수 있어야 정확한 공정 조건을 잡을 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 식각액 분사부의 하측에 기판과 동일한 조건에서 식각되는 위치에 시편을 배치하고, 이 시편이 식각되는 정도를 정확하게 측정하여 기판이 식각되는 정도를 측정한다.
그러므로 본 실시예에 따른 식각률 측정부는, 상기 식각액 분사부 하측에 배치되며, 상기 기판과 동일한 재질로 이루어지는 시편과 상기 시편이 식각된 정도를 측정하는 측정기를 포함하여 구성된다. 여기에서 측정기는 직접 시편의 두께를 측정하는 기계적 측정수단일 수도 있고, 광학적인 방법으로 시편의 두께를 측정하는 광학적 측정수단일 수도 있다.
다음으로 기판 로딩부(40)는 기판(S)을 장착하여 공급하는 구성요소이다. 이 기판 로딩부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 식각액 분사부(20) 전방에 배치된다. 이 기판 로딩부(40) 하측에는 지그 이동수단(60)이 구비되어 있으며, 이 지그 이동수단(60)에는 기판이 장착되지 아니한 빈 기판 지그(10) 또는 카세트(70)가 대기하고 있으며, 이 빈 기판 지그(10) 또는 카세트(70)의 상측에서 기판을 하측으로 이동시키면서 기판을 장착하는 것이다.
그리고 린싱(rinsing) 수단(50)은 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 식각액 분사부(20) 후방에 배치되며, 기판(S)에 초순수(Deionized Water)를 분사하여 기판을 세정하는 구성요소이다. 일정한 시간동안 식각 공정이 진행된 후에는 정확한 공정 진행을 위하여 식각 공정이 중지되어야 한다. 따라서 기판 표면에 존재하는 식각액이 모두 제거되어야 하는데, 이 린싱 수단이 기판 표면에 초순수를 분사하여 기판 표면의 식각액을 모두 제거하는 것이다.
다음으로 기판 건조수단(110)이 더 구비될 수도 있다. 이 기판 건조수단(110)은 상기 린싱 수단(50) 후방에 배치되며, 기판에 기체를 분사하여 기판을 건조하는 구성요소이다. 기판의 세정과정에서 기판 표면에 존재하는 초순수를 제거하여 기판 표면을 깨끗하게 하고, 다음 공정 진행을 원활하게 하는 것이다. 본 실시예에서는 이 기판 건조수단(110)을 에어 나이프(air nife)로 구성한다.
또한 본 실시예에 따른 기판 식각 장치에는 상기 기판 로딩부(40)와 식각액 분사부(20) 사이에 배치되며, 상기 기판 표면에 초순수를 분사하는 초기 린싱 수단(120)이 더 구비될 수도 있다. 이 초기 린싱 수단(120)은 기판이 식각되기 전에 기판 표면을 초순수로 세척하여 불순물을 제거하고, 기판의 전표면이 동일한 식각 조건을 가지도록 한다.
한편 본 실시예에 따른 기판 식각장치에는 기판 건조 수단(110) 후방에 배치되어, 처리된 기판을 배출하는 기판 언로딩부(130)와, 기판이 배출되어 빈 상태의 기판 지그를 기판 로딩부 위치로 이동시키는 지그 회송수단(도면에 미도시)이 더 구비되는 것이 공정의 자동화를 위하여 바람직하다.
또한 본 실시예에 따른 기판 식각 장치에는 식각액 회수수단(70)이 더 구비될 수 있다. 이 식각액 회수수단(70)은 도 1에 도시된 바와 같이, 식각액 분사수 단(20) 하방에 배치되며, 식각액 분사수단(20)에 의하여 기판으로 공급되어 기판을 측면을 타고 흘러내린 식각액을 회수하여 다시 식각액 공급수단(20)으로 공급하는 구성요소이다. 본 실시에에 따른 기판 식각장치에서는 식각액이 짧은 시간동안 기판 측면을 타고 내리면서 식각 작업이 진행되므로 한번 식각 과정에 사용된 식각액은 여전히 유효한 식각 기능을 보유하고 있다. 따라서 이 식각액을 회수하여 재사용하는 것이, 식각액 사용효율을 높일 수 있으므로, 이 식각액 회수수단(70)이 식각액을 회수하여 식각액 분사수단(20)에 다시 공급하는 것이다. 물론 이 식각액 회수수단에는 회수된 식각액에서 일정한 불순물을 제거할 수 있는 필터가 더 구비될 수도 있다.
본 발명에 따르면 대형 기판을 수직으로 기립시킨 상태에서 수평 이동시키면서 식각 작업을 진행하므로 기판 식각 장치의 풋프린트를 대폭 감소시킬 수 있다. 또한 기판 전면에 대하여 균일한 식각 효과를 얻을 수 있으며, 식각 속도도 우수한 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 기판의 상측 가장자리를 개방하고, 상기 기판의 하측 및 양 측면 가장자리와 접촉하여 상기 기판을 수직으로 기립시킨 상태로 유지하는 기판 수직 유지부;
    수직으로 기립된 상기 기판 상단에 식각액을 분사하여 식각액이 기판 표면을 흘러내리도록 하는 식각액 분사부;를 포함하는 기판 식각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 분사부는, 상기 기판의 양측에 각각 구비되어 상기 기판의 양면에 동시에 식각액을 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 분사부는,
    상기 기판 표면에 식각액을 원형으로 분사하는 직사형(straight type) 노즐인 것을 특징으로 기판 식각 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 분사부는,
    상기 기판 표면에 식각액을 라인 형상으로 분사하는 슬릿형(slit type) 노즐인 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 분사부는 상기 카세트의 상부에 장착되어, 상기 카세트에 장착되어 있는 기판에 식각액을 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판이 식각된 정도를 실시간으로 측정하는 식각률 측정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 식각률 측정부는,
    상기 식각액 분사부 하측에 배치되며, 상기 기판과 동일한 재질로 이루어지는 시편;
    상기 시편이 식각된 정도를 측정하는 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 분사부 전방에 배치되며, 상기 기판을 장착하여 공급하는 기판 로딩부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 식각장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 분사부 후방에 배치되며, 상기 기판에 초순수(Deionized Water)를 분사하는 린싱 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 린싱 수단 후방에 배치되며, 상기 기판을 건조하는 기판 건조수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판 건조수단은 에어 나이프(air nife)인 것을 특징으로 하는 기판 식 각 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기판 건조수단 후방에 배치되며, 기판을 배출하는 기판 언로딩부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 기판 로딩부와 식각액 분사부 사이에 배치되며, 상기 기판 표면에 초순수를 분사하는 초기 린싱 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 식각 장치.
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