KR101085628B1 - 간지의 진동 방식에 의한 기판 식각 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습식 식각 방법을 통하여 유리와 같은 기판을 균일한 두께로 얇게 식각하는 방법과 장치에 관한 것이다. 즉, 처리조 안에 유리 기판이 꼽힌 카세트를 넣고, 유리 기판 사이에 간지를 삽입한 후, 기판 식각 케미컬을 채운 상태에서 간지를 상하(혹은 좌우)로 흔들어 줌으로써 유리 기판을 균일하게 식각하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 한 장 이상의 기판을 담은 카세트를 처리조에 투입하고 각각의 기판 사이에 간지를 삽입한 뒤, 식각용 케미컬로 처리조를 채우고 난 뒤, 간지를 고정시킨 축에 외부 동력을 사용하여 강제로 간지를 진동시킴으로써, 간지에 의한 케미컬 자체의 유속으로 기판을 식각함과 동시에 기판 위에 쌓이는 슬러지를 제거시키는 방법으로, 유리 기판을 균일하게 식각하는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 유리 기판 사이에 삽입된 간지를 외부 동력으로 강제 진동시켜 유리 기판을 식각하는 방법과 장치에 관한 것으로, 하나의 처리조에 다량을 기판을 넣고 동시에 식각함으로써 생산성을 크게 높일 수 있는 장점이 있다. 그리고 처리조에서 케미칼을 일정한 높이로 유지시킨 상테에서, 케미컬 탱크크에 연결된 배관을 통하여 케미컬의 유입량과 유출량을 일정하게 순환시킴으로써, 식각 후의 유리 기판 두께 균일도를 크게 개선할 수 있는 장점이 있다. 물론, 케미컬에 의한 식각이 종료되면 케미컬을 완전 배출시킨 뒤, 유리와 처리조에 남은 잔류 케미컬을 제거하기 위하여 순수나 이소프로필알코올(IPA)를 주입구를 통하여 채워 기판과 간 지 및 처리조를 세정하고 카세트를 밖으로 들어 냄으로써 안전하게 기판 식각을 완료할 수 있는 장점이 있다.

습식, 식각, 디핑, 스프레이, 버블, 유리, 기판, 케미컬, 간지, 디스플레이, LCD, OLED

Description

간지의 진동 방식에 의한 기판 식각 방법 및 장치{Substrate etching method and system using the sheet vibration}

본 발명은 유리나 웨이퍼와 같은 기판을 식각하여 두께를 얇게 만드는 기판 식각 방법 및 장치에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 한 장 이상의 기판을 담은 카세트를 식각 처리조에 투입하고 각각의 기판 사이에 간지를 삽입한 뒤, 식각용 케미컬을 채우고 간지를 고정시킨 축에 외부 동력을 사용하여 간지를 강제 진동시킴으로써 기판 사이의 간지가 케미컬을 빠른 속도로 유동시킴으로써 기판을 균일하게 식각하는 기판 식각 방법과 장치에 관한 것이다.

본 고안이 목적으로 하는 기판 슬리밍 기술은 디스플레이에 사용되는 유리 기판이나 반도체 웨이퍼를 묶음식으로 식각 처리할 수 있어, 생산성이 높고 두께 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 식각 기술로, 디스플레이용 유리나 반도체 웨이퍼의 두께를 크게 줄일 수 있어서 휴대형 디스플레이 등의 고부가 응용 제품을 만드는데 활용될 수 있다.

평판 디스플레이는 부피가 얇고 무게가 가볍고 소비전력이 낮아 TV, 모니터, 노트북 등 다양한 영역에서 활용범위가 점점 보편화 되어 가고 있다. 특히 LCD나 OLED를 적용하는 평판 디스플레이는 소형화가 가능하여 휴대하기가 간편하여 노트북은 물론 휴대폰 및 게임기 그리고 PMP 등의 모바일 휴대형 디스플레이에 응용되고 있다.

특히 이동용 디스플레이의 경우는 휴대성을 높이기 위하여 가볍고 두께를 얇게 하기 위한 기술이 새롭게 부각되고 있다. 이러한 두께를 얇게 하는 대표적 기술로는 디스플레이의 주 기판이 되는 유리 기판(이후 웨이퍼나 유리기판등의 기판에 대하여 대표적으로 유리 기판으로 기술함)을 슬리밍(slimming)하는 기술이다.

유리의 슬리밍 기술로는 물리적인 연마 방법이나 화학 반응을 통한 습식 식각 방법이 활용되고 있다. 연마 방법에 의한 기판 슬리밍은 그 공정이 비교적 용이하여 초기에 활용되었으나 생산성이 낮아 최근에는 대부분 화학반응을 이용한 습식 식각 방법이 적용되고 있다.

습식 식각 방법으로는 도1에서와 같이 디핑 방식이 검토되었다. 디핑 방식의 경우 처리조(1-10)에는 케미컬을 주입하는 주입구(1-20 혹은 1-30)나 배수구(1-20 혹은 1-30)가 있고, 그 안에 유리 기판(1-50)을 담은 카세트(1-40)를 케미컬이 들어 있는 처리조에 묶음식(batch)으로 담구어 일괄 처리할 수 있어서 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나, 디핑 방식에 의한 유리 식각의 경우 유리와 케미컬이 반응하여 만들어지는 슬러지(sludge)가 유리 기판 위에서 성장하는데, 슬러지 두께가 증가할수록 자체 무게에 의하여 미끄러져 내리게 된다. 이렇게 될 경우 슬러지가 남아 있는 부분과 없어진 부분에서 유리 식각 반응 속도 차이 가 발생하여 유리 기판 균일도가 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 처리조 하부에 버블(bubble) 생성 장치를 설치하여 버블을 발생시켜 주는데, 이때 발생하는 버블로 슬러지가 제거된다. 그러나 버블에 의한 슬러지 제거는 완벽하지가 않아서 유리 기판 두께의 균일도가 떨어지게 된다. 이러한 버블을 이용한 디핑 방식은 유리 표면의 균일도가 저하되는 단점이 있어 유리 기판 식각 장비로는 잘 활용되지 않고 있다.

도2는 디핑 방식을 개선한 스프레이(spray) 방법에 의한 유리 식각 방법을 나타낸다. 스프레이 방법은 케미컬 배관(2-20)에 복수 개로 형성된 노즐(2-30) 사이에 유리 기판(2-10)을 세우고, 케미컬을 유리 기판의 양면에서 분사시켜 식각하는 방법이다. 스프레이 방식의 경우, 케미컬이 유리와 반응하여 만들어지는 슬러지를 즉시 제거시킬 수 있어서 두께 균일도가 좋은 유리 기판을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 스프레이 방식의 경우 배관과 노즐을 유리 기판 사이에 형성해 주는 방식이기 때문에 처리조의 공간이 커야 하기 때문에 장비 제작에 제한이 있어 생산성이 크게 저하되는 단점이 있다. 이뿐 아니라 노즐의 간격을 적정하게 배치해야 할 뿐만 아니라, 유리 식각에서 발생한 슬러지가 노즐의 구멍을 막을 수가 있어 불량 발생율이 높은 단점이 있다.

상기에 기술하였듯이, 종래의 디핑 방식의 경우 생산성이 높은 장점은 있으나 유리 기판 두께의 균일도가 떨어지는 단점이 발생하여 잘 활용되지 않고, 스프레이 방식의 경우는 유리 기판 두께 균일도는 개선되나 생산성이 낮고 불량 발생율이 높은 단점이 있다.

본 발명에서는 이러한 유리 기판 식각에 있어서 유리 기판 두께 균일도를 향상시킴과 동시에 생산성 향상은 물론이고 불량율을 크게 개선 시킬 수 있는 습식 방법을 사용한 유리 기판 식각 방법과 장치 구조를 제공함에 있다.

종래의 케미컬을 사용한 유리 기판 식각 방법에 있어서 케미컬과 유리가 반응하여 형성되는 슬러지가 중요하다. 디핑 방식의 경우에는 슬러지 제거를 위해서 케미컬 처리조 안에 강제적인 공기 유입으로 생성되는 버블로 슬러지를 유리 기판 위에서 제거하였으나, 슬러지 제거력이 약한 관계로 기판 평탄도가 좋지 않아 생산에 활용되지 못하였다. 또 스프레이 방식의 경우에는 노즐을 통하여 케미컬을 분사시킴으로써 유리 기판 위에 형성되는 슬러지를 제거시킨다. 그러나, 이 경우에도 슬러지가 노즐을 막아 불량율이 크게 발생하고, 생상성이 낮은 단점이 있었다.

본 발명에서는 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위하여 디핑 방식의 처리조에 유리 기판을 카세트에 담고 유리 기판 사이에 간지(sheet or panel)를 삽입하 여 간지를 상하(혹은 좌우)로 진동 시켜줌으로써 케미컬과 유리가 반응하여 유리 위에 형성되는 슬러지를 케미컬 흐름으로 제거하는 방법을 고안하였다. 즉, 두 장의 유리 기판 사이에 삽입된 간지가 이동할 때, 간지의 표면과 케미컬의 접촉 마찰에 의해 유리 기판 주변의 케미컬 유속을 강제적으로 빠르게 하여 유리 위에 형성된 슬러지를 쉽게 제거할 수가 있다.

이 때, 간지에 일정한 간격 내지 모양으로 천공을 하여 간지를 진동시킬 때, 유리 기판 주변의 케미컬의 유속의 흐름을 더욱 빠르게 할 수 있어서 유리 기판 위에 형성되는 슬러지를 쉽게 제거할 수가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 처리조의 상단부 주입구를 통하여 케미컬을 일정하게 공급하면서 동시에 하단부 배수구를 통하여 케미컬을 배수시키면서, 유리 기판 사이에 삽입된 간지를 상하로 진동시킬 경우에 더욱 향상된 기판 평탄도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

여기서 물론, 케미컬에 의한 식각이 종료되면 케미컬을 완전 배출시킨 뒤, 유리와 처리조에 남은 잔류 케미컬을 제거하기 위하여 순수나 이소프로필알코올 (IPA)의 주입을 통하여 기판과 간지 및 처리조를 세정하고 난 후, 카세트를 밖으로 들어 냄으로써 안전하게 기판 식각을 완료할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유리 기판 식각 방법 및 장치는 처리조에 유리 기판을 넣은 카세트를 처리조 안에 넣어 케미컬로 식각하는 방법과 장치를 사용하기 때문에 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 간지에 의한 강제 진동으로 슬러지 제거를 용이하게 하여 불량을 크게 개선할 뿐만 아니라 평탄도가 개선되는 효과가 있다. 특히, 처리조 안의 케미컬 양을 일정하게 유지하면서, 상단부 주입구를 통하여 신선한 케미컬을 공급하고 하단부 배수구를 통하여 슬러지가 포함된 케미컬을 배수시킬 경우, 유리 기판들 간의 두께 균일도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 유리 기판 식각 방법은 유리 기판을 카세트에 일정한 간격으로 담은 후 카세트를 처리조 안에 넣고, 처리조 안의 유리 기판 사이에 간지를 각각 적당한 간격이 되도록 삽입한다. 이때 간지는 일정한 간격으로 고정 축에 정렬되어 있어서 축의 이동과 함께 각각의 유리 기판 사이에 일정한 간격으로 삽입되도록 한다. 그리고 나서 처리조 안에는 배관을 통하여 케미컬을 채우고 나서 외부 동력을 사용하여 간지를 정렬시킨 축을 상하(혹은 좌우)로 진동시킴으로써, 유리기판 위에 형성되는 슬러지를 즉시 제거함과 동시에 유리기판을 원하는 두께로 식각하게 된다.

도3은 본 발명에 의한 간지 진동 방식의 유리 기판 식각 장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이 유리 기판 식각을 위한 장치는 케미컬을 담기 위한 처리조(3-10)와 배관을 통하여 처리조 안에 케미컬을 유입 시기는 주입구(3-20 혹은 3-30)와 배출시키는 배수구(3-20 혹은 3-30)로 형성되어 있고, 처리조 안에는 일정한 간격으 로 유리 기판(3-50)을 꽂도록 만든 카세트(3-40)와 케미컬의 강제적인 흐름을 만들어 주기 위한 간지(3-60)와 이들 간지를 외부 동력으로 진동시킬 수 있도록 한 간지 고정 틀(3-70)로 구성되어 있다. 간지 고정 틀(3-70)이 외부 동력에 의하여 상하(혹은 좌우)로 진동할 때 간지가 유리 기판 사이에서 상하(혹은 좌우)로 움직이게 되고, 이때 유리 기판과 간지 사이의 케미컬의 빠른 유속의 흐름이 형성된다. 결과 이 빠른 유동 케미컬에 의하여 유리가 식각 되고 또한 슬러지가 제거된다.

실험에 의하면, 간지의 두께는 처리조의 공간과 간지의 강도 등을 감안하여 10mm 이하로 하는 것이 적절하며, 간지의 진동폭은 기판 사이즈 이하의 폭으로 조절이 가능하며, 간지의 진동수는 1000rpm 이하가 적당하다. 또한 간지와 유리 기판 사이의 거리는 너무 멀어지게 되면 유리 표면에서의 유속이 현저히 저하하는 경향으로 인하여 간지 표면의 돌기에 따라서 다소 차이는 있으나 30mm이하가 적당하다.

도4는 본 발명에 의한 간지를 나타낸 단면도로, 도4-1은 간지의 평면도로 케미컬의 유속을 빠르게 하기 위하여 간지(4-10)를 일정한 간격과 일정한 직경 및 모양으로 천공(4-20)한 간지의 평면도를 나타낸다. 본 도면과 같이 간지에 일정한 배열로 천공을 할 경우, 간지의 표면 장력에 의한 유속 뿐만 아니라 천공 안에 들어 있는 케미컬의 유체 이동에 따른 유리와 간지 사이의 케미컬의 흐름이 크게 개선되는 장점이 있다. 간지의 상단부에는 간지를 동력 전달 축에 고정시키기 위한 구멍(4-30)이 형성되어 있다. 물론, 케미칼의 흐름을 개선하기 위하여 천공 이외에도 간지 겉 표면에 돌기를 형성하거나 거친 표면의 간지를 사용함으로써 동일한 효과를 달성할 수 있다.

그리고, 도4-2는 간지의 측면도를 나타낸다. 간지(4-40)의 끝 부분은 유리 기판 사이에 간지를 끼워 넣을 때, 유리에 부딪혀 유리가 파손되는 것을 막기 위하여 뾰족하게 형성(4-50)하였다.

도5는 본 발명에 의한 간지 진동 방식의 유리 기판 식각 장치에 케미컬 흐름 방식을 추가한 유리 기판 식각 장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이 유리 기판 식각을 위한 장치는 케미컬을 담기 위한 처리조(5-10)와 배관을 통하여 처리조 안에 케미컬을 유입 시기는 주입구(5-20 혹은 5-30 / 5-40와 5-50 )와 배출시키는 배수구(5-20 혹은 5-30)가 형성되어 있다. 도5에서 상부의 주입구(5-40 및 5-50)은 유리 식각이 진행되는 동안 일정하게 주입될 수 있도록 하기 위하여 설치하였고, 그리고 하부의 배수관(5-30 혹은 5-40)을 통하여 슬러지를 포함한 케미컬은 유입된 양 만큼 배출 가능하게 한 구조이다. 이렇게 일정하게 케미컬이 유입 및 배출 될 때 처리조 안의 케미컬은 항상 일정한 농도를 유지할 수 있고, 발생한 슬러지도 배출 되기 때문에 균일한 식각이 가능하게 된다. 처리조 안에는 일정한 간격으로 유리 기판(5-70)을 꽂도록 만든 카세트(5-60)와 케미컬의 강제적인 흐름을 만들어 주기 위한 간지(5-80)를 삽입하고, 이들 간지는 외부 동력에 의하여 강제적으로 진동 시킬 수 있도록 간지 고정 틀(5-90)에 고정되어 있다. 간지 고정 틀(5-90)이 일정한 주기로 외부 동력원에 의하여 진동할때, 고정 틀에 고정된 간지가 유리 기판 사이에서 상하(혹은 좌우)로 움직여 유리 기판과 간지 사이의 케미컬의 빠른 유속을 만들고, 이 빠른 유속의 케미컬이 유리 표면의 슬러지를 제거하면서 유리 기판을 일정한 두께로 식각하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 종래의 디핑 방식에 의한 기판 식각 처리조의 단면도,

도2는종래의 스프레이 방식에 의한 기판 식각 장치의 단면도,

도3은본 발명에 의한 간지 진동 방식에 의한 기판 식각 장치의 단면도,

도4는본 발명에 의한 간지 단면도로, 도4-1은 천공된 간지의 평면도이고, 도4-2는 간지의 측면도,

도5는 본 방명에 의한 간지 진동 방식의 케미칼 흐름 방식에 의한 기판 식각 장치의 단면도이다.

*도면의 주요 부호 설명*

1-10 및 1-20 : 주입구 혹은 배수구

1-30 혹은 1-40 : 주입구 혹은 배수구

1-50 : 유리 기판

2-10 : 유리 기판

2-20 : 케미컬 배관

2-30 : 노즐

3-10 : 처리조

3-20 혹은 3-30 : 주입구 혹은 배수구

3-40 : 카세트

3-50 : 유리 기판

3-60 : 간지

3-70 : 간지 고정 틀

4-10 : 간지

4-20 : 천공 구멍

4-30 : 고정틀 축 구멍

4-40 : 간지

4-50 : 간지의 끝 부분

5-10 : 처리조

5-20 혹은 5-30 : 주입구 혹은 배수구

5-40 및 5-50 : 상부 주입구

5-60 : 카세트

5-70 : 유리 기판

5-80 : 간지

5-90 : 간지 고정 틀

Claims (7)

1. 습식 케미컬 방법을 사용하여 유리나 웨이퍼 등의 기판을 식각 함에 있어서, 기판 사이에 표면이 평평하고 두께가 균일한 간지를 일정 간격으로 삽입하고, 이 간지를 진동시켜, 기판의 표면에 일정하고 균일한 케미컬의 진동 유속을 발생시켜 이때 발생하는 진동 유속으로 기판의 슬러지를 표면에서 분리시켜 기판을 식각하는 방법
2. 습식 식각 방법을 사용하여 기판을 식각 함에 있어서, 기판 사이에 표면이 평평하고 두께가 균일한 간지의 표면에 천공 구멍을 형성하거나, 간지 표면 위에 돌기를 형성하거나, 혹은 간지 표면을 거칠게 형성한 간지를 일정 간격으로 삽입하고, 이 간지를 진동시켜, 이때 발생하는 케미컬의 진동 유속으로 기판의 슬러지를 표면에서 분리시켜 기판을 식각하는 방법
3. 제1항 혹은 제2항 중 어느 하나에 있어서, 유리 사이에 삽입한 간지의 하단부의 수직 단면부를 뾰족한 형상으로 형성한 간지를 적용하여 기판을 식각하는 방법
4. 습식 식각 방법을 사용하여 기판을 식각 함에 있어서, 기판 사이에 표면이 평평하고 두께가 균일한 간지를 일정 간격으로 삽입하여 고정틀에 체결하고, 이 고정틀을 외부 동력으로 진동시켜, 간지의 일정한 진동에 의하여 기판의 표면에 일정하고 균일한 케미컬의 진동 유속으로 기판의 슬러지를 분리시켜 기판을 식각는 장치
5. 처리조 상단부에 케미컬 주입관 혹은 배수관 중 어느 하나를 형성하고 하단부에 케미컬 배수관 혹은 주입관 중 어느 하나를 설치하고, 처리조 내부에는 기판을 일정한 간격으로 끼운 카세트를 넣을 수 있도록 만들고, 각 기판 사이에 삽입한 간지를 고정 틀로 묶고 이 고정 틀을 외부 동력으로 진동시켜, 케미컬의 진동 유속으로 기판 표면의 슬러지를 제거하면서 식각하는 동안, 상단부의 주입관을 통하여 일정한 양의 케미컬이 유입됨과 동시에 하단부 배수관을 통하여 일정한 양의 케미컬이 배수되도록 하거나 혹은 하단부 주입관을 통하여 일정한 양의 케미컬이 유입됨과 동시에 상단부 배수관을 통하여 일정한 양의 케미컬이 배수되도록 고안한 기판을 식각하는 장치
6. 제4항 혹은 제5항 중 어느 하나에 있어서, 유리 사이에 삽입한 간지의 하단부의 수직 단면부를 뾰족한 형상으로 형성한 간지를 적용하여 기판을 식각하는 장치
7. 제4항 혹은 제5항 중 어느 하나에 있어서, 기판 식각 후 케미컬은 배수시키고, 기판에 젖은 케미컬을 세정하기 위하여 처리조의 상부 내지 하부에 세정액 공급 배관 혹은 배수 배관을 형성하여 기판을 식각하는 장치

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