KR101180517B1 - 폐액을 이용한 유리 표면의 식각방법 및 식각용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Si를 포함하는 유리 표면을 식각하는 방법과 식각용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불산을 이용한 식각 공정의 폐액을 재활용하여 유리 표면을 식각하는 방법 및 그에 사용하는 식각용 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면의 식각 방법은 (a) 불산을 이용하여 유리 표면을 식각하고 발생하는 폐액을 회수하는 단계, (b) 상기 폐액을 여과하여 규불화수소산 여액을 회수하는 단계, (c) 상기 규불화수소산 여액에 무기산를 첨가하여 식각용 조성물을 제조하는 단계 및 (d) 상기 식각용 조성물을 이용하여 유리 표면을 식각하는 단계를 포함하여 이루어지고, 본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면 식각용 조성물은 불산 식각 폐액으로부터 회수된 규불화수소산 및 무기산을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 Si를 포함하는 유리 표면을 식각하는 방법과 식각용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불산을 이용한 식각 공정의 폐액을 재활용하여 유리 표면을 식각하는 방법 및 그에 사용하는 식각용 조성물에 관한 것이다.
전자 표시 장치, 석영설비 및 반도체 기판 등의 제조 및 가공 시에는 세정 및 식각 공정이 필수적으로 포함된다. Si를 포함하는 유리 기판, 즉 Si, SiO2 상의 오염물질을 세정하고, 유리 기판 표면을 미세 식각함으로써 오염물만을 효과적으로 제거하는 공정이 필요한 것이다. 유리 기판 표면의 에칭, 세정 및 청정화, 정밀화는 LCD, PDP, OLED 등 액정 표시 장치의 고정세화 (高精細化) 추세와 따라 그 중요성이 높아지고 있다.
세정 및 식각 공정 중 화학적 식각은 습식식각과 건식식각으로 나눌 수 있다. 습식식각의 원리는 모든 산화막이 불산에 용해되는 성질을 이용하는 것이다. 즉, 불산으로 표면을 식각하는 것인데, 이러한 습식식각에 사용되는 불산 수용액은 유기표면을 에칭함과 동시에 표면에 잔류하는 유기, 무기 오염원을 제거하는 역할을 한다. 또한, 유기표면에 친수성을 부여하여 각종 코팅 시 밀착성을 높이는 효과도 얻을 수 있다.
그러나 불산을 식각액으로 사용하는 경우, 상기와 같은 장점에도 불구하고 불산이 가지는 강한 산화력으로 인하여 유리의 과부식, 유해가스 발생 및 설비 부식의 문제점과 식각 후 발생하는 규불화수소산의 처리문제 등의 문제점이 있다.
따라서 이러한 불산 사용을 대체하기 위한 연구가 오랫동안 수행되고 있는데, 그 중 대표적인 것이 산성불화암모늄으로서 과다부식을 억제하는 효과가 있으나, 산화력의 지속성이 떨어져 대규모 생산라인에 적용하는데 어려움이 있다. 또한 산성불화암모늄을 각종 무기산 (염산, 황산, 질산)과 혼합하여 유리세정에 이용하는 방법과 산성불화암모늄을 무기염 (황산염, 질산염)과 혼합하여 유리세정에 이용하는 방법 등이 개발되어 왔지만, 세정력이 급격히 떨어져 조성물의 세정 지속성이 매우 낮은 문제점이 있다.
이와 같이 기존 불산 사용을 대체하기 위한 시도는 조성물의 급격한 노화와 산화력의 저하 등으로 인하여 생산성을 담보하지 못한 상태이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 불산 식각액 사용 시의 문제점인 폐액 처리 곤란을 해결하기 위한 것으로서, 불산 수용액으로 Si, SiO2 표면의 식각 후에 발생되는 규불화수소산 (H2SiF6)을 포함하는 폐액을 식각액으로 재활용하는 것을 특징으로 하는 식각방법 및 식각용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면의 식각 방법은 (a) 불산을 이용하여 유리 표면을 식각하고 발생하는 폐액을 회수하는 단계, (b) 상기 폐액을 여과하여 규불화수소산 여액을 회수하는 단계, (c) 상기 규불화수소산 여액에 무기산를 첨가하여 식각용 조성물을 제조하는 단계 및 (d) 상기 식각용 조성물을 이용하여 유리 표면을 식각하는 단계를 포함하여 이루어지고, 본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면 식각용 조성물은 불산 식각 폐액으로부터 회수된 규불화수소산 및 무기산을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, 불산을 이용한 유리 식각 폐액을 효과적으로 처리, 재활용할 수 있어 환경오염의 위험성을 줄일 수 있고, 또한 본 발명에 따른 식각 방법 및 식각용 조성물은 불산을 이용한 식각액 보다 표면조도 및 평탄도가 우수한 유리 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면 식각용 조성물을 형성하는 일 실시예의 흐름도이다.
본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면의 식각 방법은 (a) 불산을 이용하여 유리 표면을 식각하고 발생하는 폐액을 회수하는 단계, (b) 상기 폐액을 여과하여 규불화수소산 여액을 회수하는 단계, (c) 상기 규불화수소산 여액에 무기산를 첨가하여 식각용 조성물을 제조하는 단계 및 (d) 상기 식각용 조성물을 이용하여 유리 표면을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
일반적인 불산(HF)을 이용한 Si 또는 SiO2 표면의 식각 과정은 다음과 같다.
4HF + SiO2 → SiF4 + 2H2O
2HF + SiO4 → H2SiF6 + 2H2O
유리 기판의 식각 후에 발생되는 규불화수소산 (H2SiF6)은 강산성이며, 발연성 액체로서 폐기 처리하기 어렵다. 현재 일반적으로 식각 폐액은 일반적으로 따로 보관하여 특정 폐기물로서 고비용을 들여서 처리하고 있다.
본 발명에서는 이러한 폐액에 포함되어 있는 규불화수소산을 이용하는 것을 특징으로 한다. 회수된 폐액에서 규불화수소산을 여과하여 여액을 회수하고, 슬러지는 폐기하는 것이 바람직하다.
이 폐액을 회수 후 여과하는 장치는 고밀도의 부직포를 이용한 여과포와 내벽이 모두 내약품성이 강한 테프론 코팅 처리된 장비를 이용하여 여액과 슬러지를 분리한다. 예를 들어, 원심분리 방법을 이용하여 여액과 슬러지를 분리할 수 있다.
상기 규불화수소산 여액에 무기산를 첨가하여 식각용 조성물을 제조한다.
상기 무기산은 조성물의 온도를 급상승시켜 규불화수소산 (H2SiF6)을 불산 (HF)으로 재생산하는 역할을 하며, 황산, 인산, 염산 및 질산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로 무기산으로 황산을 사용하는 경우의 반응식은 다음과 같다.
H2SiF6 + H2SO4 → 2HF + SiF4
상기 반응에서 생성된 불산 (HF)은 Si 또는 SiO2 표면의 식각에 다시 사용되며, 황산 (H2SO4)은 소비되지 않는다.
4HF + SiO2 → SiF4 + 2H2O
2HF + SiO4 → H2SiF6+ 2H2O
상기 규불화수소산은 무기산 첨가에 의한 온도 상승에 의하여 불산으로 재생산되고, 재생산된 불산(HF)은 Si 또는 SiO2 표면의 식각에 다시 사용된다. 이러한 지속적인 재활용 과정으로 불산 사용의 문제점인 인체 및 환경 유해성과 폐기 처리의 어려움을 해소할 수 있다.
상기 식각용 조성물 중 상기 규불산수소산의 함량은 10 내지 50 중량%일 수 있다. 10 중량% 미만인 경우 식각율이 현저히 떨어지고, 50 중량%을 초과하는 경우에는 식각율은 증가하나, 유리 기판의 표면 평활성이 떨어지는 문제가 있다. 보다 바람직하게는 25 내지 35 중량%인 것이 바람직하다.
상기 무기산은 5 내지 30 중량%로 첨가하는 것일 수 있다.
본 발명의 폐액을 이용한 유리 표면 식각용 조성물은 불산 식각 폐액으로부터 회수된 규불화수소산 및 무기산을 포함하여 이루어진다.
상기 무기산은 황산, 인산, 염산 및 질산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있고, 상기 유리 표면 식각용 조성물 중 상기 규뷸화수소산은 10 내지 50 중량%이고, 상기 무기산은 5 내지 30 중량%인 것일 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
비교예
비교예에서는 불산 18%와 나머지는 정제수로 이루어진 식각액을 제조하였다.
실시 예
불산 식각 후 폐액을 회수하고, 여과하여 규불화수소산을 얻었다. 규불화수소산 40 중량%, 황산 15 중량%로 정제수에 혼합하여 식각액을 제조하였다.
50 mm * 50 mm * 1 mm 크기의 유리 시편을 비교예 및 실시예에서 제조한 식각액에 30 분간 침지하였다. 침지 후 유리 시편의 표면조도 및 평탄도 (TTV; Total Thickness Variation)를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었고, 유리 시편의 무게를 측정하여 식각률을 계산한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 처리전 | 비교예 | 처리전 | 실시예 | ||
| 표면조도 |
Ra: 평균표면거칠기 (㎛) | 0.018 | 0.047 | 0.017 | 0.016 |
| Rt: 표면거칠기최대높이 (㎛) | 0.08 | 0.205 | 0.08 | 0.078 | |
| 평탄도 | TTV: 전체표면 두께편차 (㎛) | 1 | 2 | 1 | 0.752 |
| 비교예 | 실시예 | ||
| 무게 (g) |
처리전 | 4.402 | 4.387 |
| 처리후 | 4.223 | 4.313 | |
| 식각율 (%) | 4.07 | 1.69 | |
상기 표 1에 의하면 실시예는 비교예의 경우보다 Ra 및 Rt 값이 낮아서 유리 기판 표면의 균일도가 일정하고 평탄도가 향상되었음을 알 수 있다. 상기 표 2에 의하면 식각률은 비교예의 경우보다 2 내지 3 배 정도 떨어지나, 이는 폐액을 이용한 것이라는 점을 고려하면 우수한 효과라 할 수 있다.
Claims (6)
- (a) 불산을 이용하여 유리 표면을 식각하고 발생하는 폐액을 회수하는 단계;
(b) 상기 폐액을 여과하여 규불화수소산 여액을 회수하는 단계;
(c) 상기 규불화수소산 여액에 무기산를 첨가하여 식각용 조성물을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 식각용 조성물을 이용하여 유리 표면을 식각하는 단계를 포함하는 폐액을 이용한 유리 표면의 식각 방법. - 제1항에 있어서, 상기 무기산은 황산, 인산, 염산 및 질산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것인 폐액을 이용한 유리 표면의 식각 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 식각용 조성물 중 상기 규불화수소산의 함량은 10 내지 50 중량%이고, 상기 무기산은 5 내지 30 중량%로 첨가하는 것인 폐액을 이용한 유리 표면의 식각 방법.
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