KR101368193B1 - 유리기판 식각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리기판 식각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수리 등 유지보수 작업이 간편하고, 공정 조건에 따라 식각액의 분사각도를 손쉽게 조절할 수 있는 유리기판 식각장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 유리기판 식각장치는 다수개의 유리기판이 수직하게 세워진 상태로 고정되는 카세트; 상기 카세트에 고정된 유리기판의 상측에 위치하도록 설치되며, 상기 유리기판을 향해 수직 하방으로 식각액을 분사하는 복수개의 노즐 홀이 일체로 형성되는 분사판; 그리고, 상기 분사판의 상부에 결합되어 노즐 홀에 식각액을 공급하며, 식각액의 공급압력을 조절하여 노즐 홀을 통해 분사되는 식각액의 분사각도를 조절하는 식각액 공급부를 포함하여 이루어진다.

Description

유리기판 식각장치{ETCHING APPARATUS FOR GLASS SUBSTRATE}

본 발명은 유리기판 식각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수리 등 유지보수 작업이 간편하고, 공정 조건에 따라 식각액의 분사각도를 손쉽게 조절할 수 있는 유리기판 식각장치에 관한 것이다.

TFT-LCD 합착패널을 비롯하여 디스플레이패널용 유리기판은 패널의 경량화 및 박형화를 위해 기계적 연마법 또는 화학적 식각법을 통해 얇은 두께를 갖도록 가공된다. 최근에는 점점 디스플레이패널의 슬림화에 대한 요구가 높아지면서, 기계적 연마법보다 생산성이 우수하고 박형화가 용이한 화학적 식각법의 사용이 늘어가고 있다.

이러한 유리기판의 식각방법으로는 디핑법(Deeping Method)과 스프레이법(Spray Method)이 있다. 이 중에서 디핑법은 식각액이 담긴 식각조에 유리를 침잠시켜 유리의 표면을 식각하는 것으로, 식각조의 하부에 기포를 발생시켜 식각액의 유동성을 향상시키는 방법이 사용되기도 했다.

상기 디핑법은 다수의 유리기판을 동시에 가공하기가 용이하여 생산성이 매우 높은 장점이 있으나, 장비의 높이가 스프레이법 대비 제약이 있다.

상기 스프레이법은 유리기판의 양면에 식각액을 분사하여 식각을 행하는 것으로, 통상 소정의 가공 경로를 따라 좌측과 우측에 대향 설치된 다수의 노즐 사이에 유리기판을 세워진 상태로 배치하여 식각액을 분사한다.

이러한 스프레이법은 유리기판의 표면에 높은 운동에너지를 갖는 식각액이 고르게 뿌려지는 동시에 표면을 따라 식각액이 흐르게 되므로, 반응 생성물의 제거와 새 식각액의 공급이 신속하게 이루어지고, 표면 전체에 걸쳐 식각량도 균일하게 되어 우수한 표면 품질을 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기한 종래의 스프레이법은 노즐 사이의 식각 공간에 유리기판을 한 장씩 배치하여 가공하는 방식이기 때문에, 생산성이 현저하게 떨어지는 단점이 있다.

이러한 종래 스프레이법의 생산성 문제를 해결하기 위하여 근래에 다수의 유리기판을 카세트에 수직으로 세워진 상태로 배치하고, 유리기판의 상부에 설치된 다수의 노즐을 통해 식각액을 하향 분사하여 액적 형태로 뿌려진 식각액이 유리기판을 따라 흐르면서 표면을 식각하도록 하는 상부 스프레이 방식 식각장치가 개발되었다.

상기 상부 스프레이 방식 식각장치는 분사된 식각액의 충돌 및 유동을 통해 식각이 이루어지므로, 식각된 유리기판의 표면 품질이 우수할 뿐 아니라, 종래 스프레이법과 달리 다수의 유리기판을 동시에 가공할 수 있으므로 생산성이 높은 장점이 있다.

하지만, 이러한 상부 스프레이 방식 식각장치는 수리 또는 세정작업을 위해 다수의 노즐을 일일이 분리하고 다시 조립하는 작업을 필요로 하므로 유지보수 작업이 어렵고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한 상부에서 식각액을 스프레이 방식으로 뿌려주기 때문에 서로 다른 노즐들에 의해 동일영역에 식각액이 중첩되게 뿌려져 불필요하게 식각액이 낭비되는 문점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 다수개의 유리기판이 수직하게 세워진 상태로 고정되는 카세트; 상기 카세트에 고정된 유리기판의 상측에 위치하도록 설치되며, 상기 유리기판을 향해 수직 하방으로 식각액을 분사하는 복수개의 노즐 홀이 일체로 형성되는 분사판; 그리고, 상기 분사판의 상부에 결합되어 노즐 홀에 식각액을 공급하며, 식각액의 공급압력을 조절하여 노즐 홀을 통해 분사되는 식각액의 분사각도를 조절하는 식각액 공급부를 포함하여 이루어지는 유리기판 식각장치를 제공한다.

본 발명에 따른 유리기판 식각장치는 분사판에 다수개의 노즐 홀이 일체로 형성되어 있어 종래와 같이 수리 또는 세정을 위해 노즐을 일일이 분리하고 조립하는 작업을 필요로 하지 않으므로 유지보수 작업이 간편하고 신속하게 진행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리기판 식각장치는 공정 조건에 따라 식각액의 분사각도를 손쉽게 조절할 수 있어 식각액이 동일영역에 중복으로 분사되어 식각액이 불필요하게 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유리기판 식각장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 유리기판 식각장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 노즐 홀을 통해 식각액이 일정 분사각도로 유리기판에 분사되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 식각 챔버 내부에서 식각공정이 진행되고 있는 모습을 나타내는 도면이다.

이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 유리기판 식각장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유리기판(10) 식각장치는 카세트(Cassette)(100), 분사판(200), 그리고 식각액 공급부(300)를 포함하여 이루어진다.

상기 카세트(100)는 다수개의 유리기판(10)이 내부로 투입되면 유리기판(10)을 수직하게 세워진 상태로 고정시킨다. 이를 위해 비록 도시하지는 않았지만 상기 카세트(100)의 내부에는 유리기판(10)의 외주면을 고정시키는 다수개의 고정수단이 형성된다. 식각공정에 사용되고 있는 상기 카세트(100) 구조는 이미 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

이러한 카세트(100)에 유리기판(10)이 삽입되어 고정되면 로봇 암(Robot Arm) 또는 컨베이어(Conveyor)와 같은 이송수단에 의해 상기 카세트(100)가 이하 설명할 식각 챔버(Etching Chamber)(400)(도 4 참조) 내부로 이송되고, 이에 따라 상기 유리기판(10)은 식각 챔버(400) 내부에 수직하게 세워진 상태로 위치하게 된다.

상기 분사판(200)은 상기 카세트(100)에 고정된 유리기판(10)의 상측에 위치하도록 설치된다. 이러한 분사판(100)에는 상기 유리기판(10)을 향해 수직 하방으로 식각액을 분사하는 복수개의 노즐 홀(Nozzle Hole)(210)이 일정 간격으로 형성된다. 상기 노즐 홀(210)은 분사판(200)에 일체로 형성되므로 종래와 같은 별도의 노즐 분리, 조립작업이 필요 없어진다.

따라서, 유리기판(10)이 카세트(100)에 고정된 상태로 분사판(200)의 수직 하방에 위치하면 분사판(200)의 노즐 홀(210)을 통해 식각액이 수직 하방으로 분사되고, 이와 같이 분사된 식각액은 유리기판(10)의 외면을 따라 흘러내리면서 유리기판(10)의 표면을 균일하게 식각하게 된다.

상기 식각액 공급부(300)는 상기 분사판(200)의 상부에 결합되어 분사판(200)의 노즐 홀(210)에 식각액을 공급하며, 또한 식각액의 공급압력을 조절하여 노즐 홀(210)을 통해 분사되는 식각액의 분사각도를 조절한다.

이러한 식각액 공급부(300)는 크게 식각액 공급배관(310), 버퍼부(320) 그리고, 압력 조절부(도 1의 330, 도 2의 340 참조)로 구성된다.

상기 식각액 공급배관(310)은 식각액이 수용되는 저장탱크(Reserve Tank)(미도시)와 연결되어 펌프(미도시)에 의해 저장탱크로부터 이송되는 식각액을 이하 설명할 버퍼부(320)로 공급한다. 이러한 상기 식각액 공급배관(310)은 식각액이 수용되는 저장탱크와 연결되는 메인 배관(311)과, 상기 메인 배관(311)에서 분지되어 상기 버퍼부(320)의 상면에 연결되는 복수개의 보조 배관(312)으로 이루어진다. 여기서, 상기 메인 배관(311)에서 분지되는 보조 배관(312)은 메인 배관(311)에 비해 직경이 작게 형성된다.

이와 같이 식각액 공급배관(310)이 직경이 서로 다른 메인 배관(311)과 보조 배관(312)으로 구성되면, 직경이 큰 메인 배관(311)을 따라 유동하는 식각액은 작은 직경의 보조 배관(312)으로 유입되면서 유속이 빨라지게 되어 버퍼부(320)에 식각액이 보다 신속하게 공급될 수 있으며, 또한 식각액에 의해 배관에 가해지는 압력이 줄어 식각액의 유동이 원활해지므로 식각액의 공급이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.

상기 버퍼부(320)는 상기 식각액 공급배관(310)이 상면에 연결되고, 하면에는 상기 분사판(200)이 결합되며, 내부에는 상기 식각액 공급배관(310)을 통해 유입되는 식각액이 채워지는 공간부(321)가 형성되어 있다.

상기 공간부(321)는 분사판(200)의 노즐 홀(210)과 연통된다. 따라서 식각액 공급배관(310)에 의해 버퍼부(320)의 공간부(321)에 채워지는 식각액은 분사판(200)의 노즐 홀(210)로 유입되어 유리기판(10)으로 분사된다. 여기서, 상술한 바와 같이 식각액 공급배관(310)이 메인 배관(311)과 보조 배관(312)으로 구성되면 버퍼부(320)의 상면에는 보조 배관(312)이 연결된다.

상기 압력 조절부는 상기 버퍼부(320)의 공간부(321)에 채워진 식각액을 가압하여 노즐 홀(210)을 통해 분사되는 식각액의 분사각도가 조절될 수 있도록 한다. 이러한 압력 조절부는 식각액에 압력을 가하는 방식에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

구체적으로, 상기 압력 조절부는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼부(320)의 공간부(321) 양측에 설치되어 수평왕복 운동하는 피스톤(330)일 수 있다. 상기 피스톤(330)은 모터(M)에 의해 구동되어 수평왕복 운동하며 버퍼부(320)의 공간부(321)에 채워진 식각액을 밀어줌으로써 식각액이 노즐 홀(210)로 밀려나가도록 한다. 이러한 피스톤(330)의 수평이동 거리에 따라 식각액에 가해지는 압력 즉, 식각액이 노즐 홀(210)로 유입되는 압력이 변화되므로 노즐 홀(210)로 분사되는 식각액의 분사각도가 조절될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 유리기판 식각장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압력 조절부는 버퍼부(320)에 연결되는 고압가스 분사장치(340)일 수 있다. 상기 고압가스 분사장치(340)는 버퍼부(320)의 공간부(321)에 연결되어 공간부(321)에 고압의 가스를 분사함으로써 공간부(321)에 채워진 식각액이 노즐 홀(210)로 밀려나가도록 한다. 이때, 고압가스 분사장치(340)에서 분사되는 가스의 압력 및 분사량에 따라 식각액에 가해지는 압력이 변화되므로 노즐 홀(210)로 분사되는 식각액의 분사각도가 조절될 수 있다.

이러한 상기 고압가스 분사장치(340)는 내부에 고압가스가 저장되는 가스탱크(341)와, 가스밸브(342)에 의해 개폐되며 일단은 버퍼부(320)의 공간부(321)에 연결되고 타단은 상기 가스탱크(341)에 연결되는 가스배관(343)과, 상기 가스탱크(341)에 저장된 고압가스를 가스배관(343)으로 공급하는 가스펌프(344)로 이루어진다.

따라서 가스밸브(342)가 개방된 상태에서 가스펌프(344)가 동작을 시작하면 가스탱크(341)에 저장된 고압가스는 가스배관(343)을 통해 버퍼부(320)의 공간부(321)로 공급된다.

한편, 상술한 피스톤(330) 및 고압가스 분사장치(340)를 이용해 식각액에 압력을 가할 때 식각액이 보조 배관(312)을 따라 역류하는 현상을 방지하기 위해 각 보조 배관(312)과 버퍼부(320)의 연결부위에는 개폐 밸브(313)가 설치됨이 바람직하다.

그리고, 상기 피스톤(330) 또는 고압가스 분사장치(340)와 같은 압력 조절부를 이용하면 식각액의 분사각도 조절뿐만 아니라 식각공정이 완료된 후 버퍼부(320)의 공간부(321)에 남아있는 불필요한 식각액을 노즐 홀(210)을 통해 모두 배출시킬 수 있다. 특히, 노즐 홀(210)이 이물질에 의해 막힐 경우 고압가스 분사장치(340)를 이용해 공간부(321)에 가스를 강한 압력으로 공급함으로써 이물질이 노즐 홀(210)을 통해 빠져나오도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 노즐 홀을 통해 식각액이 일정 분사각도로 유리기판에 분사되는 모습을 나타내는 도면이다.

한편, 상술한 바와 같이 압력 조절부에 의해 조절되는 식각액의 분사각도 θ는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 노즐 홀(210)과 유기기판(10) 사이의 수직거리를 H, 상기 노즐 홀(210) 사이의 간격을 L이라고 하면, 다음과 같은 수학식에 의해 결정된다.

예를 들어, 상기 노즐 홀(210)과 유기기판(10) 사이의 수직거리 H가 50mm, 상기 노즐 홀(210) 사이의 간격 L이 58mm 일 때, 분사각도 θ는 약 60°가 된다. 이와 같이 구해지는 분사각도로 노즐 홀(210)에서 식각액이 분사되면 각 노즐 홀(210)의 분사영역이 서로 중복되지 않고도 유리기판(10)의 상면 전부에 균일하게 식각액이 분사될 수 있다. 따라서 불필요하게 많은 식각액이 분사되는 것을 막아 공정비용을 감소시킬 수 있다.

도 4는 식각 챔버 내부에서 식각공정이 진행되고 있는 모습을 나타내는 도면이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 식각 공정은 유리기판(10)을 적재하고 있는 카세트(100)가 컨베이어 또는 로봇 암 등에 이송되어 식각 챔버(400) 내부에 위치하면, 분사판(200)의 노즐 홀(210)을 통해 식각액이 유리기판(10)을 향해 분사됨으로써 진행된다.

이와 같은 식각공정이 실제 진행되는 식각 챔버(400)는 노즐 홀(210)에서 분사된 식각액이 중앙으로 빠르게 모일 수 있도록 내부 바닥면이 외곽에서 중앙부로 갈수록 하향 경사져 있으며, 바닥면 중앙부에는 식각액을 배출시키기 위한 드레인 배관(Drain Pipe)(420)이 연결되어 있다.

따라서 노즐 홀(210)에서 분사되는 식각액은 유리기판(10)을 식각한 후 식각 챔버(400)의 바닥면 중앙부로 자연스럽게 모여진 후 드레인 배관(420)을 통해 외부로 배출된다.

여기서, 상기 식각 챔버(400)의 바닥면 중앙부에는 식각액이 드레인 배관(420)으로 유입되기 전에 식각액에 포함된 불순물을 걸러주는 필터(410)가 설치됨이 바람직하다. 상기 필터(410)는 유리기판(10)이 식각됨에 따라 발생하는 불순물을 제거하여 드레인 배관(420)이 막히는 현상을 사전에 방지한다. 상기 필터(410)로는 2중으로 배치되는 종이 필터 등이 사용될 수 있다.

이와 같이 드레인 배관(420)을 통해 배출되는 식각액은 여과 장치(Filtering System) 등을 거치며 재차 불순물이 제거되며, 이와 같이 이물질이 제거된 식각액은 식각액 저장탱크로 보내진 후 다시 펌프 등에 의해 식각액 공급부(300)로 이송되어 재사용된다.

이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

10: 유리기판 100: 카세트
200: 분사판 210: 노즐 홀
300: 식각액 공급부 310: 식각액 공급배관
311: 메인 배관 312: 보조 배관
313: 개폐 밸브 320: 버퍼부
330: 피스톤 340: 고압기체 분사장치
340: 고압가스 분사장치 341: 가스탱크
342: 가스밸브 343: 가스배관
344: 가스펌프 400: 식각 챔버
410: 필터 420: 드레인 배관

Claims (8)

1. 다수개의 유리기판이 수직하게 세워진 상태로 고정되는 카세트;
   상기 카세트에 고정된 유리기판의 상측에 위치하도록 설치되며, 상기 유리기판을 향해 수직 하방으로 식각액을 분사하는 복수개의 노즐 홀이 일체로 형성되는 분사판; 그리고,
   상기 분사판의 상부에 결합되어 노즐 홀에 식각액을 공급하며, 식각액의 공급압력을 조절하여 노즐 홀을 통해 분사되는 식각액의 분사각도를 조절하는 식각액 공급부를 포함하여 이루어지는 유리기판 식각장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 식각액 공급부는,
   식각액이 수용되는 저장탱크와 연결되는 식각액 공급배관;
   상기 식각액 공급배관이 상면에 연결되고, 하면에는 상기 분사판이 결합되며, 내부에는 상기 식각액 공급배관을 통해 유입되는 식각액이 채워지는 공간부가 형성되는 버퍼부; 그리고,
   상기 공간부에 채워진 식각액을 가압하여 노즐 홀을 통해 분사되는 식각액의 분사각도를 조절하는 압력 조절부를 포함하여 이루어지는 유리기판 식각장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 압력 조절부는 상기 공간부 양측에 설치되어 수평왕복 운동하는 피스톤인 것을 특징으로 하는 유리기판 식각장치.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 압력 조절부는 상기 공간부에 연결되어 공간부에 고압의 가스를 분사하는 고압가스 분사장치인 것을 특징으로 하는 유리기판 식각장치.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 식각액 공급배관은 식각액이 수용되는 저장탱크와 연결되는 메인 배관과, 상기 메인 배관의 하부에서 분지되어 상기 버퍼부의 상면에 연결되는 복수개의 보조 배관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리기판 식각장치.
6. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐 홀을 통해 분사되는 식각액의 분사각도는 아래와 같은 수식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 유리기판 식각장치.
   

   

   
   여기서, θ는 식각액의 분사각도, H는 노즐 홀과 유기기판 사이의 수직거리, L은 노즐 홀 사이의 간격이다.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 카세트가 이송되어 내부에 위치하는 식각 챔버를 더 포함하여 이루어지며,
   상기 식각 챔버는 노즐 홀에서 분사된 식각액이 중앙으로 빠르게 모일 수 있도록 바닥면이 외곽에서 중앙부로 갈수록 하향 경사져 있으며, 상기 식각 챔버의 바닥면 중앙부에는 식각액을 배출시키기 위한 드레인 배관이 연결되는 것을 특징으로 하는 유리기판 식각장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 식각 챔버의 바닥면 중앙부에는 드레인 배관으로 배출되는 식각액에 포함된 불순물을 걸러주는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 유리기판 식각장치.

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