KR101068113B1 - 유리기판 에칭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에칭방법에 의해 박판형의 유리기판을 제작하기 위하여 유리기판의 에칭장치에 관한 것으로, 유리기판의 두께를 얇게 만들기 위한 유리기판 에칭장치에 있어서, 이송 방향에 대해 수직하게 배열된 다수의 유리기판이 수납되어 직렬로 배치되는 두 개 이상의 카세트(110)와; 상기 카세트(110)를 직선 이동하기 위한 이송장치(200)와; 에칭액을 공급하기 위한 에칭액 저장조(300)와; 상기 에칭액 저장조(300)로부터 에칭액이 연속 공급되며, 상기 카세트 이송 방향을 따라서 상기 카세트의 상부에 직렬로 배치되는 두 개 이상의 플레이트(310)를 포함하며, 상기 각 플레이트(310)의 하부에는 상기 카세트의 이송 방향으로 수직하고 서로 평행하게 구비되어 에칭액을 하방으로 흘려주기 위한 장공의 노즐홈(n)이 형성된 최소한 두 개 이상의 블레이드(311)(312)가 구비되고, 상기 두 개 이상의 블레이드(311)(312)들은 상기 카세트 이송 방향을 따라서 일정 간격(D)을 가지며 횡방향으로 두 개 이상의 행(Br)이 최소한 두 번 이상 반복된 패턴을 가짐으로써, 에칭과정에서의 유리기판 손상을 방지하며 에칭장치 내의 노즐부 부식에 의한 생산성 저하와 에칭율 감소를 개선하여 대량 생산에 적합한 효과가 있는 발명인 것이다.

Description

유리기판 에칭장치{Apparatus for etching a glass substrate}

본 발명은 유리기판 에칭장치에 관한 것으로, 특히 식각 공정 중의 유리기판 표면 손상을 방지할 수 있으며, 균일한 두께의 박형화가 가능하도록 에칭액을 하향으로 흘러 보내는 타입의 유리기판 에칭장치에 관한 것이다.

최근 평판 디스플레이 장치에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중에서도 액정 디스플레이(LCD) 장치는 화질이 우수하며 저전력이라는 점에서 텔레비전, 노트북, 휴대용 단말장치와 같은 표시장치에 널리 채용되고 있다.

이와 같은 디스플레이 장치에 있어서 크기와 함께 중량을 줄이는 것은 장치 개발에 중요한 과제가 된다.

LCD를 포함한 평판 디스플레이 장치의 크기와 중량을 줄이는 방법으로는 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 가장 기본 구성요소이면서도 중량이 가장 큰 유리기판의 중량을 줄이는 것이 연구되고 있다.

유리 기판의 중량을 줄이는 방법으로는 유리기판을 식각하여 두께를 얇게 함으로써 박판 형태로 제작하는 것이다.

유리기판의 박판화(slimming)하는 기술로는 크게 기계 연마법과 화학적 에칭법이 있으며, 기계 연마법은 디스플레이 개발 초기에 아주 얇은 슬림 패널이 요구되지 않아서 많이 사용되었으나 최근에는 초슬림 제품의 요구에 따라서 생산성이 우수한 화학적 에칭법이 사용되기 시작하였다.

화학적 에칭법은 불소산(HF) 용액을 에칭액으로 사용하여 유리기판(SiO2)과의 다음과 같은 화학반응을 통해 유리기판의 식각이 이루어지게 된다.

이와 같이 불소산(HF)을 포함하는 에칭액을 이용한 유리기판의 에칭과정은 유리기판 부근의 확산층 내에 에칭액 확산과정과, 유리기판 표면에 에칭액 성분의 흡착과정과, 에칭액 성분과 유리기판과의 화학 반응과정과, 화학 반응 후에 만들어진 반응 생성물의 유리기판으로부터의 이탈과정과, 반응 생성물의 유리기판 확산층 밖으로 제거되는 과정으로 이루어진다.

이러한 화학적 원리를 이용하는 화학적 에칭법으로는 에칭액의 공급과 반응 생성물 확산 등에 따라서 디핑법(deeping), 스프레이법(spraying), 제트플로우법(jet-flowing) 등이 있다.

디핑법은 에칭액이 담긴 에칭조(etching bath) 내에 유리기판을 침적한 후에 에어 버블을 에칭조 바닥에서 발생시켜 유리기판 표면에서 에칭액의 흐름이 발생되도록 하여 에칭액의 확산, 반응 생성물의 이탈 및 제거가 이루어져 유리기판을 식각하게 되는 것이다.

디핑법은 에칭액이 에칭조 내에 차있는 상태에서 식각이 이루어지므로 대량의 유리기판을 투입하여 식각할 수 있어서 생산성이 높은 장점이 있다. 그러나, 디핑법은 반응 생성물이 에칭조 내에 계속 잔류하게 되므로 반응 생성물이 유리기판 표면에 다시 붙는 등의 경우가 발생하여 품질 저하에 영향을 줄 수 있으며, 또한 유리기판의 식각량에 제한이 있고 에칭액의 사용량이 많은 단점이 있다.

스프레이법(또는 샤워 에칭법)은 디핑법의 단점을 보완할 수 있는 방식으로서, 품질적인 측면에서 디핑법보다 진보된 방법이다. 스프레이법은 노즐을 통해 에칭액을 유리기판 표면에 직각으로 분사하여 유리기판을 식각하는 방식이다. 스프레이법은 유리기판에 수직하게 에칭액이 분사되므로 에칭액의 운동에너지가 매우 크다. 따라서 신액 공급과 반응 생성물의 제거가 신속하고 균일하게 이루어질 수 있으며, 디핑법보다 우수한 표면 품질을 얻을 수가 있고 에칭율(etching rate)이 높은 장점이 있다.

그러나, 스프레이법은 유리기판을 한 장씩 처리해야 하므로 생산성이 낮은 단점이 있고, 유리기판에 직접 에칭액을 분사하게 되므로 유리기판에 작용하는 충격량이 커서 에칭과정에서 유리기판 표면에 손상이 발생할 수 있다.

제트플로우법은 디핑법과 스프레이법의 혼합된 형태로써, 에칭액이 채워진 에칭조 내에 유리기판을 침적시킨 후에 에칭액의 흐름을 발생시켜 유리기판의 식각이 이루어지는 방식으로 생산성을 높일 수는 있으나 초기 투자비용이 많은 드는 단점이 있다.

이와 같이 유리기판을 박형화하기 위한 종래의 화학적 에칭법은 다양하나 에칭과정에서 유리기판의 손상을 최소화하고 에칭액의 사용을 최소화하면서도 동시에 균일한 박형화와 높은 생산성을 기대할 수 있는 화학적 에칭법의 연구가 절실한 실정이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유리기판을 박형화하기 위한 종래의 스프레이타입의 화학적 에칭법에서 유리기판에 에칭액이 직접 분사되어 발생할 수 있는 유리기판의 손상을 방지하며, 에칭액에 의해 발생할 수 있는 에칭장치 내의 노즐부의 부식에 의한 생산성 저하와 에칭율(etching rate) 감소를 개선하여 대량 생산에 적합한 유리기판 에칭장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 유리기판 에칭장치는 유리기판의 두께를 얇게 만들기 위한 유리기판 에칭장치에 있어서, 이송 방향에 대해 수직하게 배열된 다수의 유리기판이 수납되어 직렬로 배치되는 두 개 이상의 카세트와; 상기 카세트를 직선 이동하기 위한 이송장치와; 에칭액을 공급하기 위한 에칭액 저장조와; 상기 에칭액 저장조로부터 에칭액이 연속 공급되며, 상기 카세트 이송 방향을 따라서 상기 카세트의 상부에 직렬로 배치되는 두 개 이상의 플레이트를 포함하며, 상기 각 플레이트의 하부에는 상기 카세트의 이송 방향으로 수직하고 서로 평행하게 구비되어 에칭액을 하방으로 흘려주기 위한 장공의 노즐홈이 형성된 최소한 두 개 이상의 블레이드가 구비되고, 상기 두 개 이상의 블레이드들은 상기 카세트 이송 방향을 따라서 일정 간격을 가지며 횡방향으로 두 개 이상의 행이 최소한 두 번 이상 반복된 패턴을 가짐으로써 제공될 수 있다.

본 발명의 유리기판 에칭장치는 유리기판이 수납되는 다수의 카세트를 직렬 배치하여 이송장치에 의해 직선 이동시킴과 동시에 카세트 상부에 배치되어 에칭액을 하향으로 흘려주기 위한 다수의 플레이트를 갖되, 각 플레이트에는 특정한 패턴으로 에칭액을 흘려주기 위한 장공의 노즐홈이 형성된 다수의 블레이드가 마련되고 유리기판의 이동과 함께 다수의 블레이드를 통해 에칭액이 유리기판 상부에서 아래로 흐리면서 유리기판 표면에 에칭액이 흡착되어 식각이 이루어지도록 함으로써, 일부 특정 블레이드의 노즐홈에 막힘이 발생하더라도 전체 식각 공정 중에서 충분히 에칭액에 노출되도록 하여 유리기판 표면의 손상을 방지하면서도 유리기판의 균일한 식각율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 유리기판 에칭장치는 에칭액을 공급하는 플레이트를 진동시키기 위한 진동장치가 추가됨으로써, 블레이드에서 공급되는 에칭액을 균일하게 아래로 흘려주어 유리기판 표면에 흡착되는 에칭율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 유리기판 에칭장치의 전체 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 유리기판 에칭장치에 있어 하나의 에칭유니트만을 보여주는 도면,
도 3의 (a)(b)는 본 발명의 유리기판 에칭장치에 있어서 플레이트의 저면과 정면을 보여주는 도면,
도 4는 도 3(a)의 A-A선의 단면도,
도 5는 본 발명의 유리기판 에칭장치에 있어서 플레이트의 바람직한 일례를 보여주는 도면,
도 6의 (a)(b)(c)는 본 발명의 유리기판 에칭장치의 작동예를 간략히 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 유리기판 에칭장치는, 다수의 유리기판(10)이 배열되는 두 개 이상의 카세트(110)와; 이 카세트(110)들을 직성 이동하기 위한 이송장치(200)와; 에칭액을 공급하게 되는 에칭액 저장조(300)와; 이 에칭액 저장조(300)로부터 에칭액이 연속 공급되며, 카세트 이송 방향을 따라서 카세트(110)의 상부에 직렬로 배치되어 유리기판에 에칭액을 하방으로 흘려주기 위한 다수의 블레이드(311)를 갖는 두 개 이상의 플레이트(310)를 포함한다.

각 카세트(110)는 이송 방향에 대해 수직하게 배열되는 다수의 유리기판(10)이 수납되며, 카세트(110)는 이송방향을 따라 직렬로 배치된다. 배치되는 카세트의 숫자는 두 개 이상이면 족하며 특정하게 한정될 필요는 없다.

각 카세트는 하부프레임(111)과, 이 하부프레임(111)에 고정되는 두 개의 수직한 지지판(112)으로 이루어질 수 있으며, 각 유리기판(10)을 지지하기 위하여 두 개의 지지판(112)에 고정되는 고정부(113)로 이루어질 수 있다. 고정부(113)는 다수의 유리기판(10)이 일정한 간격으로 지면에 대해 수직하게 삽입 고정되어 지지될 수 있는 구조로써, 예를 들어 유리기판을 집기 위한 클램프가 고정부로 이용될 수 있다. 이때, 고정부는 특정한 형태로 제한되지는 않으나 유리기판과의 접촉 면적을 최소화하여 유리기판 중에 에칭액에 노출되지 않는 부분이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 고정부에는 유리기판의 파손이나 스크래치 등을 방지할 수 있도록 유리기판과의 사이에 완충용 패드 등이 구비될 수 있다.

이송장치(200)는 직렬로 배치된 카세트(110)를 직선 방향으로 이송하기 위한 것으로, 주지의 콘베이어 벨트가 이용될 수가 있으나 이에만 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 카세트 하부에 롤러 또는 레일이 구비되어 구동모터와 같은 구동원에 의해 카세트를 직접 밀거나 당겨서 이동이 이루어질 수가 있다. 이러한 이송장치에는 제어를 위한 별도의 제어부가 추가될 수가 있음은 자명할 것이다.

에칭액 저장조(300)는 에칭액을 저장하며, 배관부(301)에 의해 각 플레이트(310)에 연결되어 에칭 시에 각 플레이트(310)에 에칭액을 공급한다. 각 플레이트(310)에 에칭액을 원활히 공급하기 위하여 별도의 펌프와 같은 가압수단을 포함하는 분출압 제어구동부가 마련될 수가 있다.

본 발명의 유리기판 에칭장치에 있어서 플레이트(310) 하부에서 에칭액을 하방향으로 흘려주기 위해 구비되는 블레이드는 특정한 패턴을 가지며 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 도 3 및 도 4를 참고하면, 플레이트(310)들은 카세트(110)의 이송방향을 따라서 상부에 직렬로 배치되어 고정되며, 각 플레이트(310)의 하부에는 카세트의 이송 방향으로 수직하고 서로 나란하게 구비되어 하방으로 에칭액을 흘려주기 위한 장공의 노즐홈(n)이 형성된 최소한 두 개 이상의 블레이드(311)(312)가 마련된다.

특히, 플레이트(310) 하부에 서로 나란하게 마련되는 블레이드(311)(312)는 카세트 이송 방향을 따라서 서로 일정한 간격(D)을 갖고 횡방향으로 두 개 이상의 행(row)(Br)이 최소한 두 번 이상 반복된 패턴(예를 들어, 톱니 형태의 패턴)을 갖는다.

첫 번째 행을 구성하는 블레이드(311)는 서로 등간격(D)을 가지며, 두 번째 행을 구성하는 블레이드(312) 역시도 서로 동일한 간격(D)을 갖는다. 첫 번째 행의 블레이드(311)와 두 번째 행의 블레이드(312)의 간격은 특정한 값일 필요는 없으나 대략 D/2 전후의 값이 될 것이다.

한편, 본 발명에 있어서 각 블레이드(311)(312)는 수직하방으로 갈수록 출구가 좁아지는 것이 바람직하다.

본 실시예에는 두 개의 행을 갖는 블레이드가 반복된 패턴을 갖는 것을 보여주고 있으나, 세 개 이상의 행을 갖는 블레이드가 반복된 패턴을 갖도록 하여도 무방할 것이다.

노즐홈(n)의 폭(s)은 특정하게 제한될 필요는 없으며, 에칭액이 하방으로 큰 저항없이 흘려내릴 수 있는 범위 내에서 적절히 결정되며, 바람직하게는 0.1㎜~5.0㎜가 적당하다.

노즐홈(n)과 유리기판(10) 사이의 거리(h)는 가능하면 짧게 설정하는 것이 바람직하다.

플레이트(310) 내에는 노즐홈(n)으로 배출되는 에칭액을 가압하기 위한 별도의 펌프와 같은 가압수단을 포함하는 분출압 제어구동부가 마련됨으로써, 적절한 유량으로 에칭액이 블레이드를 통해 배출될 수 있도록 할 수 있다.

다음으로, 도 5를 참고하면, 본 발명의 유리기판 에칭장치에 있어서, 플레이트(310)는 카세트 이송 방향을 따라서 좌우 왕복 운동할 수 있는 진동장치(313)가 추가로 구비될 수 있다.

이러한 진동장치는 플레이트(310)를 좌우 진동시킴으로써 블레이드를 통해 아래로 흐르는 에칭액을 균일하게 공급하며, 유리기판 표면에 흡착되는 에칭율(etching rate)을 향상시킬 수가 있다.

진동장치는 초음파 진동자가 이용될 수가 있으며, 유리기판의 이송방향으로 1축방향 진동이 발생하거나 또는 2축, 3축 방향의 입체적인 진동이 발생되어 하방에 위치하는 유리기판에 균일한 에칭액을 공급하며, 블레이드에 잔류하는 에칭액을 제거하여 노즐 막힘에 의한 결합요인을 제거할 수 있다.

한편, 진동장치에 의한 플레이트의 진동 스트로크는 블레이드의 피치(pitch)(D) 보다는 크게 하는 것이 바람직하며, 카세트의 이송방향과 수평하게 플레이트를 진동시키는 것이 바람직하다.

한편, 카세트 하단에는 반응물 저장조가 구비되어 미반응된 에칭액이 모여서 다시 에칭액 탱크로 순환이 이루어지도록 하는 에칭액 순환공급장치가 구비될 수 있으며, 순환공급장치에는 필터가 구비되어 에칭액에 포함된 식각 잔유물, 부식물 및 기타 불순물의 유입을 방지할 수가 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 유리기판 에칭장치의 작동예를 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 유리기판 에칭장치에 의해 유리기판의 에칭의 이루어지는 과정을 순서대로 간략히 보여주는 도면으로, 이해를 돕기 위하여 플레이트(310)의 저면과 유리기판(10)의 평면을 2차원 평면적으로 나타낸 것이다.

도 6을 참고하면, 고정된 플레이트(310) 하부로 유리기판(10)이 카세트(110)에 수납되어 도면의 우측으로 이동한다(도 6(a)).

플레이트(310)의 첫 번째 열의 블레이드(312) 위치를 통과하게 되면, 즉 두 번째 행의 블레이드(312) 위치에서 유리기판(10a) 상부로 에칭액이 아래로 흐르면서 에칭이 이루어진다(도 6(b)).

유리기판(10)이 계속 우측으로 이동하여 플레이트(310)의 두 번째 열의 블레이드(311) 위치를 통과하게 되면, 즉 첫 번째 열의 블레이드(312) 위치에서 에칭액에 노출되지 않았던 첫 번째 행(311) 구간의 유리기판(10b) 상부로 에칭액이 아래로 흐르면서 전체적으로는 두 개 열의 블레이드(311)(312)를 통과하면서 유리기판(10) 상단 모두가 에칭액에 노출되어 식각이 이루어지게 된다.

이러한 과정은 유리기판(10)이 플레이트(310)를 완전히 통과하는 동안에 반복하여 에칭액에 노출이 되어 유리기판 전체의 식각이 이루어질 수 있다. 따라서, 에칭 공정 중에 일부 블레이드의 노즐홈이 막힘이 발생하더라도 전체 플레이트를 통과하면서 에칭액에 충분히 노출됨으로써 균일한 식각 두께를 갖는 유리기판을 얻을 수가 있다.

본 실시예에서는 하나의 플레이트에 대해 하나의 카세트가 이동하면서 유리기판의 식각이 이루어지는 것을 설명하였으나, 하나의 카세트는 다수의 플레이트를 통과하면서 에칭액에 노출되어 식각이 이루어질 수 있다.

플레이트의 숫자는 유리기판의 숫자, 에칭 정도와 같은 여러 조건들을 고려하여 증감될 수가 있음은 자명한 것이다.

이와 같은 본 실시예에 따른 유리기판 에칭장치는 다수의 카세트(110)가 이송장치에 의해 연속적으로 수평 이송되면서 각 플레이트를 통과하면서 에칭액과 반응하여 식각이 이루어지게 되며, 이때 카세트의 이송속도를 결정하게 되는 이송장치의 동작을 제어하기 위하여 별도의 제어장치가 이송장치에 연결될 수가 있다. 또한, 이러한 제어장치는 에칭액 저장조에서 공급되는 에칭액의 유량과 같이 연동하여 제어가 이루어질 수도 있다.

또한, 에칭라인에는 반응물 저장조가 마련되어 미반응된 에칭액을 회수하고 다시 에칭액 저장조로 순환되도록 하는 에칭액 순환공급장치가 구비될 수가 있다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

10 : 유리기판 110 : 카세트
200 : 이송장치 300 : 에칭액 저장조
310 : 플레이트 311, 312 : 블레이드
313 : 진동장치

Claims (7)

1. 유리기판의 두께를 얇게 만들기 위한 유리기판 에칭장치에 있어서,
   이송 방향에 대해 수직하게 배열된 다수의 유리기판이 수납되어 직렬로 배치되는 두 개 이상의 카세트와;
   상기 카세트를 직선 이동하기 위한 이송장치와;
   에칭액을 공급하기 위한 에칭액 저장조와;
   상기 에칭액 저장조로부터 에칭액이 연속 공급되며, 상기 카세트 이송 방향을 따라서 상기 카세트의 상부에 직렬로 배치되는 두 개 이상의 플레이트를 포함하며,
   상기 각 플레이트의 하부에는 상기 카세트의 이송 방향으로 수직하고 서로 평행하게 구비되어 에칭액을 하방으로 흘려주기 위한 장공의 노즐홈이 형성된 최소한 두 개 이상의 블레이드가 구비되고, 상기 두 개 이상의 블레이드들은 상기 카세트 이송 방향을 따라서 일정 간격을 가지며 횡방향으로 두 개 이상의 행이 최소한 두 번 이상 반복된 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 에칭액 저장조 또는 상기 각 플레이트에는 상기 노즐홈으로 분출되는 에칭액의 분출압을 제어하기 위한 분출압 제어구동부가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 플레이트를 진동시키기 위한 진동장치가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 진동장치는 카세트의 이송방향과 수평하게 상기 플레이트를 진동시키는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 플레이트의 진동 스트로크는 블레이드들 사이의 피치(D) 보다는 큰 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 블레이드는 수직 하방으로 갈수록 출구가 좁아지는 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 노즐홈의 폭은 0.1-5.0㎜ 인 것을 특징으로 하는 유리기판 에칭장치.

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