KR101192157B1 - 디스플레이 패널, 반도체 기판 등의 표면가공을 위한 연마용 롤러장치 - Google Patents

디스플레이 패널, 반도체 기판 등의 표면가공을 위한 연마용 롤러장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 보다 용이하게 제조될 수 있고 간단한 구조에 의해 나선형의 홈이 형성되는 연마롤러를 제공하는 것이다. 이에 따라 본 발명은, 전해작용을 이용하여 금속표면을 연마하는 연마용 롤러장치에 있어서, 중심에 회전축부가 형성되고 도전성 재질로 이루어진 코어롤러와, 길이방향을 따라 평탄면 부분의 폭이 일정하고 그 두께도 일정하며 상기 코어롤러의 표면에 나선방향으로 일정한 피치로 감긴 띠 형상의 연마패드를 포함하되, 상기 코어롤러의 외부면에 상기 나선방향을 따라 상기 연마패드가 감기지 않은 나선홈이 형성되도록 상기 연마패드가 상기 나선홈을 발생시키는 일정한 간격을 유지하면서 연속적으로 상기 나선방향으로 감겨 있고, 상기 연마패드는 상기 코어롤러의 표면에 접촉하는 내측부가 절연층이고 노출되는 외측부가 도전층으로 형성되며, 상기 연마패드의 상기 폭은 상기 일정한 간격보다 더 크고, 상기 코어롤러와 상기 연마패드의 도전층에 각각 음극과 양극이 인가되는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이 패널, 반도체 기판 등의 표면가공을 위한 연마용 롤러장치{Polishing roller apparatus for display panel, semiconductor substrate, etc.}
본 발명은 연마용 롤러장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 디스플레이용 유리패널 또는 반도체 제조공정에서 사용되는 기판의 표면을 평탄하게 연마하기 위한 연마용 롤러와 반도체 기판 등에 형성된 금속층의 전해가공에 이용될 수 있는 연마용 롤러장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 및 반도체를 제조하는 제조공정에서 디스플레이 패널 또는 반도체 기판의 표면을 매끄럽게 가공하기 위하여 표면연마 공정을 거치고 있다.
종래의 디스플레이 패널 또는 반도체 기판의 연마장치는 연마롤러와 지지롤러 사이에 패널 또는 기판을 통과시킴으로써 연마롤러에 의해 표면이 매끄럽게 가공되고 있다.
그러한 연마용 롤러의 일예를 도 1 및 도 2에서 도시하고 있다.
도 1 및 도 2에서 도시하는 연마용 롤러는, 연마과정 중에 분사되는 연마액이나 세정수와 연마가공의 부산물들이 고속으로 회전하는 롤러표면에 작용하여 패널 또는 기판의 표면과 롤러의 표면이 접촉하는 것을 방해하지 않도록, 교차하는 양방향의 스파이럴 형상의 홈이 표면에 형성된 구조를 제안하고 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 샤프트부(20)의 외주면에 롤형태로 부착되는 세정부(30)가 형성되고, 상기 세정부(30)에는 축방향을 따라 스파이럴(spiral) 형태로 교차되게 양 방향의 홈(32)이 배치된 구조이다. 상기 홈(32)이 스파이럴 형태로 연속적으로 형성됨에 따라 세정액 또는 연마액과 부산물의 배출이 용이하게 이루어지고, 상기 물질로 인해 롤러에 가해지는 압력이 해소됨으로서 우수한 가공표면을 얻을 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 세정부(30)는 평판에 상기 스파이럴 형태로 교차되는 홈(32)이 형성된 후, 샤프트부(20)의 외주면에 접착수단을 사용하여 부착됨에 따라, 세정부(30)가 부착되면 세정부(30)의 표면을 갈아내거나 깎아내는 가공으로 진원도를 향상시키는 별도의 공정이 필요하게 되었다.
따라서, 상기 롤러의 제조과정이 난해해지고, 샤프트부(20)에 평판형태의 세정부(30)가 접착되는 과정에서 오차의 발생가능성이 높으며, 진원도를 향상시키는 별도의 가공은 매우 정밀하게 이루어져야 하는 문제점이 있었다.
한편, 종래 연마롤러를 이용하는 디스플레이 패널 또는 기판의 가공장치에 있어서, 연마롤러와 지지롤러의 수평유지 및 간격조정이 정확하게 이루어지지 않을 경우, 우수한 가공표면을 얻기 어려운 문제가 발생된다.
특히, 반도체 기판 등의 전해연마에 있어서, 롤러와 가공되는 금속표면과의 간격이 일정하지 않으면 전해연마에 의한 발생하는 석출량 또는 부동태층의 두께가 불균일해짐으로써 전체적으로 우수한 가공면을 얻기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 디스플레이 패널, 반도체 기판 등의 표면을 연마하기 위한 것으로, 보다 용이하게 제조될 수 있고 간단한 구조에 의해 나선형의 홈이 형성되는 연마롤러장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 기판 등의 표면 금속층을 평탄화하는 전해연마에 적용하여 가공의 정밀도가 높은 연마면을 얻을 수 있는 연마용 롤러장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전해작용을 이용하여 금속표면을 연마하는 연마용 롤러장치에 있어서, 중심에 회전축부가 형성되고 도전성 재질로 이루어진 코어롤러와, 길이방향을 따라 평탄면 부분의 폭이 일정하고 그 두께도 일정하며 상기 코어롤러의 표면에 나선방향으로 일정한 피치로 감긴 띠 형상의 연마패드를 포함하되, 상기 코어롤러의 외부면에 상기 나선방향을 따라 상기 연마패드가 감기지 않은 나선홈이 형성되도록 상기 연마패드가 상기 나선홈을 발생시키는 일정한 간격을 유지하면서 연속적으로 상기 나선방향으로 감겨 있고, 상기 연마패드는 상기 코어롤러의 표면에 접촉하는 내측부가 절연층이고 노출되는 외측부가 도전층으로 형성되며, 상기 연마패드의 상기 폭은 상기 일정한 간격보다 더 크고, 상기 코어롤러와 상기 연마패드의 도전층에 각각 음극과 양극이 인가되는 것을 특징으로 한다.
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상기에서 연마패드는 폴리우레탄 재질로 형성되고, 상기 연마패드의 상기 도전층은 카본이 함유되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전층의 측면은 절연피막으로 코팅될 수 있다.
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본 발명에 따른 연마용 롤러는 나선홈이 형성됨으로써 연마액 또는 세정액과 연마가공에 따른 부산물이 나선홈을 따라 배출되어 배출작용이 원활하고, 연마용 롤러가 고속으로 회전하더라도 패널 또는 기판의 표면에 접촉하는 것을 방해하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 연마용 롤러는 동일한 높이의 평탄면을 형성하는 띠형상의 연마패드를 코어롤러의 표면에 감는 작업에 의해 연마용 롤러가 완성되므로, 그 구성이 매우 간단하여 연마용 롤러의 제작이 용이하고 진원도를 향상시키기 위한 별도의 가동도 불필요하다.
또한, 연마용 롤러의 교체가 필요할 경우, 연마패드만을 교체하여 사용할 수 있으므로 설비의 유지, 교체를 위한 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마용 롤러를 전해연마에 적용할 경우, 가공되는 기판의 금속표면과 연마용 롤러의 전도성 코어롤러 사이의 간격을 상기 연마패드가 항상 일정하게 유지해 줄 수 있으므로 코어롤러에 결합되는 회전축부의 고정위치가 불안정하거나 오차가 있더라도 가공면을 정밀하게 가공할 수 있다.
도 1은 종래 디스플레이 패널 또는 반도체 기판 가공에 적용되는 롤러의 사시도
도 2는 도 1의 롤러의 작업상태를 도시하는 단면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 롤러의 사시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 롤러의 사용상태도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마용 롤러의 사시도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마용 롤러의 사용상태도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 다른 연마용 롤러의 작용설명도
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 롤러(100)의 구성을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 롤러(100)는 중심에 회전축부(121)가 형성된 코어롤러(120)와, 길이방향을 따라 평탄면 부분의 폭(b)이 일정하고 그 두께(t)도 일정하며, 상기 코어롤러(120)의 표면에 나선방향으로 일정한 피치로 감긴 띠 형상의 연마패드(130)를 포함한다.
상기 코어롤러(120)는 중심에 회전력이 전달되는 회전축부(121)가 형성되고 그 단면이 진원 또는 오차한도 내에서 진원에 가깝게 제작된다.
상기 코어롤러(120)는 폴리에틸렌(PE), 테프론(PTFE) 계열의 합성수지 재질로 형성되고, 316, 316L 등 스텐레스 계열의 금속재로 형성될 수 있다.
상기 띠형상의 연마패드(130)는 길이방향을 따라 일정한 두께(t)를 가지도록 형성됨으로써 전체적으로 동일한 두께(t)를 가진다. 따라서, 코어롤러(120)의 표면에 감긴 상태에서 회전축부(121)의 중심축으로부터 상기 연마패드(130)의 표면까지의 거리가 모두 동일하게 구성된다.
또한, 상기 띠형상의 연마패드(130)의 폭(b)도 그 길이방향(t)을 따라 일정하게 구성된다. 상기 폭(b)은 띠형상의 연마패드(130)의 평탄면을 형성하는 부분의 너비로서, 연마패드(130)의 길이방향을 따라 일정한 폭(b)을 가짐으로써 코어롤러(120)의 표면에서 일정한 간격을 두고 동일한 피치로 연속적으로 감기게 되면 후술하는 나선홈(131)의 폭(s)이 일정해진다.
상기 띠형상 연마패드(130)의 평탄면은 패널 또는 기판과 접촉하여 연마를 실시하는 부분으로 평탄면으로 형성된다. 또한, 상기 연마패드(130)는 발포성 폴리우레탄 재질이 바람직하고, 연마재는 연마액에 함유되어 분사된다.
상기 코어롤러(120)의 표면에 감기는 나선의 각도는 3~45°가 바람직하다.
한편, 상기 코어롤러(120)의 표면에 연마패드(130)가 일정한 간격(s)을 두고 감김으로써, 코어롤러(120)의 외부면에 연마패드(130)가 감기지 않는 나선홈(131)이 형성된다. 즉, 상기 연마패드(130)를 나선모양으로 감을 때, 연마패드(130)의 측면이 서로 밀착하지 않고 일정한 간격(s)을 유지함으로써 연속적인 나선홈(131)이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 나선홈(131)에서 코어롤러(120)의 표면이 노출됨으로서, 코어롤러(120)의 표면이 나선홈(131)의 바닥이 되고 연마패드(130)의 측면이 양쪽 벽을 이루어 홈의 형상이 이루어진다.
상기 연마패드(130)의 폭(b)은 코어롤러(120)의 길이방향을 기준으로 나선홈(131)을 형성하는 간격에 비해 충분히 큰 폭으로 구성하여 충분한 연마면이 확보되도록 구성한다. 구체적으로는 상기 나선홈(131)의 너비에 해당하는 간격(s)은 5mm 이하가 되도록 하고, 상기 연마패드(130)의 폭(b)은 50~250mm, 두께(t)는 3mm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 연마패드(130)는 코어롤러(120)에 감기는 내측면에 접착제가 도포됨으로써 코어롤러(120)의 표면에 고정되고 있으며, 코어롤러(120)의 교체가 필요한 경우, 연마패드(130)를 코어롤러(120)로부터 뜯어내고 접착제를 깨끗이 제거한 후 새로운 연마패드(130)를 감아 재사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연마용 롤러(100)를 이용하여 패널 또는 기판(51)을 가공하고 있는 상태를 도시하고 있다.
본 실시예의 연마용 롤러(100)의 하부에는 지지롤러(60)가 설치되고, 연마용 롤러(100)와 지지롤러(60) 사이에서 패널 또는 기판(51)이 연마되고 있다.
상기 연마과정에서 분사되는 연마액(40) 및 발생하는 부산물은 나선홈(131)에 의해 측방향으로 이송되어 배출된다. 즉, 연마용 롤러(100)가 회전함에 따라 연마용 롤러(100)의 접촉면 상에서 패널 및 기판(51)과 직접적으로 대향하는 나선홈(131)의 위치는 도 4의 (b)와 같이 측방향으로 계속 이동하게 될 것이므로 그 나선홈(131)에 모이는 연마액 및 부산물(40)도 함께 이동하여 측방향으로 배출된다.
이에 따라, 연마액(40)과 연마가공에 따른 부산물의 배출작용이 원활하여 가공되는 표면에 가공부산물이 스크래치 등을 발생시키는 문제를 크게 해소시킬 수 있다.
또한, 고속으로 회전하는 연마용 롤러(100)에 작용하는 연마액(40)의 접촉압력이 나선홈(131)을 따라 분산됨으로써, 연마용 롤러(100)와 패널 또는 기판(51)의 표면접촉이 방해받지 않는다.
또한, 연마용 롤러(100)의 사용수명이 경과하여 교체의 필요가 있을 경우, 접착되어 있는 연마패드(130)를 교체하여 재사용할 수 있으므로 설비의 유지비용을 절감할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마용 롤러(200)를 설명한다.
본 실시예의 연마용 롤러(200)는 전해연마에 사용되는 것으로 표면에 금속층(53)이 형성된 반도체 기판(52) 등의 연마에 사용되는 것이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 연마용 롤러(200)는 전술한 실시예와 같이 중심에 회전축부(221)가 형성된 코어롤러(220)와, 그 길이방향을 따라 평탄면 부분의 폭(b)이 일정하고 그 두께(t)도 일정하며, 상기 코어롤러(220)의 표면에 나선방향으로 일정한 피치로 감긴 띠 형상의 연마패드(230)를 포함한다. 또한, 상기 나선방향을 따라 상기 연마패드(230)가 감기지 않은 나선홈(231)이 형성되어 있다. 그 구성은 전술한 실시예의 경우와 동일하다.
다만, 본 실시예에서는 전해연마를 위하여 띠형상의 연마패드(230)가 이중의 구조를 가진다. 즉, 코어롤러(220)에 감기는 내측부는 절연층(232)이 형성되고, 표면에 노출되어 연마작용이 이루어지는 외측부는 도전층(233)이 형성된다. 상기 절연층(232)은 발포성 폴리우레탄 재질로 형성하고, 상기 도전층(233)은 폴리우레탄 재질에 카본을 함유시켜 전기전도성을 가지도록 구성할 수 있다. 또한, 코어롤러(220)는 도전성 금속으로 형성된다.
도 6의 (a) 및 (b)는 전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마용 롤러(200)의 전해작용을 도시하는 것으로, 도 6의 (a)는 측단면도를 도시하고, 도 6의 (b)는 정면도를 도시하고 있다.
도 6의 (a) 및 (b)를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마용 롤러(200)가 회전하면서 기판 상부에 형성된 금속층을 전해연마하기 위하여 전원이 연결되되, 상기 전원은 연마패드(230)의 절연층(232)을 사이에 두고 코어롤러(220)와 연마패드(230)의 도전층(233)에 음극과 양극이 각각 인가된다. 이에 따라 전해가공을 위해 전류를 흘리게 되면, 연마용 롤러(200)의 나선홈(231)이 형성된 공간(“A"부분)에서 연마패드(230)의 도전층(233)이 접촉하는 기판의 금속층(53)과 코어롤러(220)는 전해액에 의해 전기적으로 연결되어 상기 금속층(53)에 부동태층(산화물층)이 생성된다. 부동태층은 알려진 바와 같이 금속의 종류에 따라 전해액의 ph 및 전류량을 조절하여 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 금속층(53)의 미세한 돌기들에 전류가 집중되어 부동태층이 미세요철의 돌기부에서 주로 발생하고 있으므로 그것을 제거하여 매끄러운 가공면이 형성될 수 있다.
위에서 생성된 부동태층은 연마용 롤러(200)의 회전에 따라 연마패드(230)와의 마찰에 의해 제거된다. 즉, 도 7과 같이, 나선홈(231)이 금속층(53)과 서로 마주하고 있는 위치는 연마용 롤러(200)의 회전에 따라 계속 측방향으로 이동(회전축부에 표시된 회전에 따라 점선으로 표시된 나선홈이 실선으로 표시된 방향으로 이동)하게 되므로, 나선홈(231)이 설치된 부분에서 금속층(53)의 부동태층이 형성되면 바로 연마패드(230)가 접근하여 제거하게 된다.
한편, 전해연마를 위한 전류의 인가 시, 연마패드(230)의 도전층(233)의 측면(234) 즉, 나선홈(231)의 측벽을 형성하는 부분과 코어롤러(220) 사이에 직접적인 전류의 흐름이 발생하여 가공되는 금속층(53)의 부동태층 형성을 방해할 수 있으므로, 연마패드(230)에서 도전층(233)의 측면(234)은 절연피막으로 코팅하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 전해연마과정에서 연마패드(230)의 외측면이 기판의 금속층(53)에 접한 상태에서 연마가 이루어진다. 이에 따라, 가공되는 기판의 금속층(53)과 코어롤러(220) 사이의 간격을 상기 연마패드(230)가 일정하게 유지시켜 줄 수 있다. 이는 코어롤러(220)의 회전축부의 고정상태가 불안정하거나 오차가 있더라도 코어롤러(220)의 표면과 기판의 금속층(53)의 표면과의 간격은 연마패드(230)의 두께(t)만큼 항상 일정하게 유지됨을 의미한다.
따라서, 코어롤러(220)의 회전에 따라 나선홈(231)이 측방향으로 이동하는 과정에서 항상 동일한 나선홈(231)의 높이가 형성되고 생성되는 부동태층의 두께도 일정해지므로, 연마면이 매우 고르게 가공되어 경면(鏡面)과 같은 아주 매끄러운 연마면을 얻을 수 있다.
또한, 도 7과 같이, 상기 나선홈(231)이 연마액 및 부산물(41)을 측방향으로 이동시켜 제거하고 코어롤러(220)의 고속회전에도 불구하고 연마액(40)과의 접촉압력이 나선홈(231)의 존재로 인해 해소될 수 있다. 이에 따라, 연마액 및 부산물(41)의 방해없이 코어롤러(220)가 기판의 금속층에 접촉할 수 있다.
전술하고 있는 연마용 롤러장치는 기판의 금속층을 가공하는 것 뿐만 아니라 전해연마를 이용하는 타 가공분야에 활용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
40; 연마액 및 부산물 41; 연마액 및 부산물
51; 패널 또는 기판 52; 기판
53; 금속층 60; 지지롤러
100; 연마용 롤러 120; 코어롤러
121; 회전축부 130; 연마패드
131; 나선홈 200; 연마용 롤러
220; 코어롤러 221; 회전축부
230; 연마패드 231; 나선홈
232; 절연층 233; 도전층
234; 도전층 측면

Claims (7)

  1. 전해작용을 이용하여 금속표면을 연마하는 연마용 롤러장치에 있어서,
    중심에 회전축부(221)가 형성되고 도전성 재질로 이루어진 코어롤러(220)와,
    길이방향을 따라 평탄면 부분의 폭(b)이 일정하고 그 두께(t)도 일정하며 상기 코어롤러(220)의 표면에 나선방향으로 일정한 피치로 감긴 띠 형상의 연마패드(230)를 포함하되,
    상기 코어롤러(220)의 외부면에 상기 나선방향을 따라 상기 연마패드(230)가 감기지 않은 나선홈(231)이 형성되도록 상기 연마패드(230)가 상기 나선홈(231)을 발생시키는 일정한 간격(s)을 유지하면서 연속적으로 상기 나선방향으로 감겨 있고,
    상기 연마패드(230)는 상기 코어롤러(220)의 표면에 접촉하는 내측부가 절연층이고 노출되는 외측부가 도전층으로 형성되며,
    상기 연마패드(230)의 상기 폭(b)은 상기 일정한 간격(s)보다 더 크고,
    상기 코어롤러(220)와 상기 연마패드(230)의 상기 도전층에 각각 음극과 양극이 인가되는 것을 특징으로 하는 연마용 롤러장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드(230)는 폴리우레탄 재질로 형성되고,
    상기 연마패드(230)의 상기 도전층은 카본이 함유되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연마용 롤러장치
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전층의 측면(234)은 절연피막으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 연마용 롤러장치
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