KR20160144014A

KR20160144014A - 기판 폴리싱 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160144014A
Application number: KR1020160068735A
Authority: KR
Inventors: 배기환; 홍준우
Original assignee: 주식회사 케이엔제이; 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2016-12-15
Also published as: KR101830617B1; US10166652B2; US20160354895A1

Abstract

본 발명은 에지를 연마한 후에 기판을 폴리싱하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)을 동시에 폴리싱할 수 있고, 또한 폴리싱 휠을 고르게 사용하여 전체적으로 균일하게 마모되는 기판 폴리싱장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 폴리싱장치는 상부에지와 하부에지가 연마된 기판을 폴리싱하는 장치로서, 기판을 안착하는 테이블; 상기 테이블의 측면 상부에 설치되는 스핀들; 원기둥형태로 형성되고, 회전축이 상기 기판과 직교하도록 설치되며, 상기 스핀들에 의해 회전하면서 측면으로 상기 기판을 폴리싱하는 폴리싱 휠; 및 상기 기판을 폴리싱하는 동안 상기 폴리싱 휠을 상하방향으로 일정속도로 이동시키는 Z축이동수단;을 포함한다.

Description

기판 폴리싱 장치 및 방법{SUBSTRATE POLISHING APPARATUS AND METHOD OF USING THE SAME}

본 발명은 에지를 연마한 후에 기판을 폴리싱하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)을 동시에 폴리싱할 수 있고, 또한 폴리싱 휠을 고르게 사용하여 전체적으로 균일하게 마모되는 기판 폴리싱장치 및 방법에 관한 것이다.

통상, LCD 또는 OLED 등 평판 디스플레이 패널에 사용되는 기판은 원판을 필요한 크기로 절단하여 사용된다.

도 1의 (a)와 (b)는 원판(A)을 도시한 것으로서, 원판을 절단하게 되면 절단면에 날카로운 에지, 즉, 상부에지(e1)와 하부에지(e2)가 생긴다. 이렇게 날카로운 에지(e1,e2)는 이송이나 운반 또는 공정 중에 깨지기 쉽기 때문에 날카로운 에지(e1,e2)를 제거하기 위하여 연마를 실시한다(도 1 (c) 참조). 또한 원판(A)을 절단하게 되면 절단 후 칩핑(Chipping, 도 1의 'D' 참조) 등 불량이 발생하기도 하는데, 이와 같이 발생된 칩핑(D)을 제거하고 크랙을 방지하기 위해서도 에지(e1,e2)를 연마해야 한다. 이와 같이 에지를 연마하게 되면 도 1의 (c)와 같이 상부연마면(S1)과, 하부연마면(S2)이 생기며, 통상적으로는 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2) 사이의 기판 측면(S3)도 연마한다.

이와 같이 에지(e1,e2)를 연마한 후에 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2), 그리고 기판 측면(S3)을 추가적으로 폴리싱한다.

폴리싱과 연마를 함께하는 경우도 있으나, 에지를 제거하는 연마 공정 없이 폴리싱을 함께 실시하는 것은 에지로 인한 폴리싱 공정 부담이 커지므로 통상은 연마를 통해 에지를 제거하고, 다음으로 폴리싱을 통해 측면 및 에지를 매끄럽게 하는 것이 통상적이다.

도 2 및 도 3는 종래의 폴리싱장치를 나타낸 것으로서, 테이블(120) 위에 기판(S)을 복수개 적층한 상태에서 브러쉬(100)를 회전시켜 폴리싱하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 테이블(120)에 기판을 적층한 상태에서 상기 기판의 상부를 가압수단(121)으로 가압하여 기판을 고정한다. 이 상태에서 기판의 측면에 구비된 브러쉬(100)를 회전하여 연마면을 폴리싱하는 것이다. 즉, 상기 기판은 브러쉬(100)의 회전에 의해 브러쉬모(110)와 마찰하면서 폴리싱되는 것이다.

종래의 폴리싱장치는 기판(S)을 복수 개 적층한 후, 폴리싱이 끝나면 기판을 하나씩 분리해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 기판(S)과 브러쉬(100) 사이의 거리가 계속 바뀌면서 기판(S)과 브러쉬(100) 사이의 압력이 일정하지 않게 될 수 있다. 특히, 기판(S)과 브러쉬(100)가 닿는 점이 브러쉬 회전축을 중심으로 볼 때 다른 방향, 각도를 이루면서 브러쉬 모(110)가 기판(S)에 닿는 길이가 다르므로 브러쉬(100)가 기판(S)에 가하는 힘도 달라져 폴리싱 품질에 차이가 발생하는 문제가 있었다.

또한, 기판과 브러쉬가 닿는 점이 브러쉬 회전축을 중심으로 볼 때 다른 방향, 각도를 이루면 브러쉬가 설치된 설치판에서 폴리싱이 이루어지는 접점으로 슬러리(slurry)를 공급하는 위치가 달라지므로 각 위치마다 균일한 공급을 위해서는 별도로 슬러리 분사구를 마련하여야 하고, 이에 따라 슬러리 소모량이 많아지고, 필요없는 부분에서 공급된 슬러리가 기판에 묻어 응고되면 세정공정 부담이 커지게 된다.

그리고, 이런 구성에서는 복수 기판이 적층된 상태로 폴리싱을 실시하므로 기판 측면과 에지를 함께 처리할 수 없고, 기판 크기가 달라지면 기판 적층에 필요한 부품 자체가 바뀌어야 하는 부담도 생길 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)을 동시에 폴리싱할 수 있는 기판 폴리싱장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폴리싱 휠을 고르게 사용함으로써 폴리싱 휠이 전체적으로 균일하게 마모되는 기판 폴리싱장치 및 방법을 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 폴리싱장치는 상부에지와 하부에지가 연마된 기판을 폴리싱하는 장치로서, 기판을 안착하는 테이블; 상기 테이블의 측면 상부에 설치되는 스핀들; 원기둥형태로 형성되고, 회전축이 상기 기판과 직교하도록 설치되며, 상기 스핀들에 의해 회전하면서 측면으로 상기 기판을 폴리싱하는 폴리싱 휠; 및 상기 기판을 폴리싱하는 동안 상기 폴리싱 휠을 상하방향으로 일정속도로 이동시키는 Z축이동수단;을 포함한다.

또한 상기 폴리싱 휠의 표면층은 탄성재질로 형성되어 상기 기판의 측면(S3)에 가압시 탄성변형하면서 상기 기판의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)에도 밀착되어 상기 폴리싱 휠이 상기 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)을 동시에 폴리싱하는 것이 바람직하다.

또한 상기 폴리싱 휠의 표면층은 폴리우레탄과 셀륨옥사이드를 포함한 재질로 형성되고, 폴리싱 휠은 표면경도가 Shore A 70~100인 것이 바람직하다.

또한 상기 폴리싱 휠을 상기 기판에 대하여 접근하거나 멀어지게 하는 X축이동수단과, 상기 X축이동수단에 의한 상기 폴리싱 휠의 이동방향과 직교되는 방향으로 상기 테이블을 이동시키는 Y축이동수단; 및 상기 테이블을 회전시키는 회전수단;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 폴리싱방법은 상부에지와 하부에지가 연마된 기판을 폴리싱하는 방법으로서, 1) 기판을 테이블에 안착하는 단계; 2) 원기둥형태로 형성되고, 회전축이 상기 기판과 직교하도록 설치된 폴리싱 휠의 측면을 상기 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)에 밀착시키는 단계; 및 3) 상기 폴리싱 휠을 회전시켜 상기 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)을 동시에 폴리싱하는 단계;를 포함한다.

또한 상기 2)단계는 상기 폴리싱 휠의 표면층이 탄성변형하면서 상기 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)에 밀착되는 것이 바람직하다.

또한 상기 3)단계는 상기 폴리싱 휠을 상하방향으로 일정속도로 이동하면서 수행되는 것이 바람직하다.

또한 상기 3)단계는 상기 기판을 Y방향으로 이동하면서 상기 기판의 변을 폴리싱할 수 있다.

또한 상기 3)단계는 상기 폴리싱 휠을 X축방향으로 이동함과 동시에 상기 기판을 Y축방향으로 이동하면서 회전시켜 상기 기판의 코너를 폴리싱할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)을 동시에 폴리싱할 수 있는 효과가 있다.

특히, 폴리싱 휠을 상하방향으로 일정한 속도로 이동하면서 폴리싱하기 때문에 폴리싱 휠을 고르게 사용할 수 있다. 그로 인해 폴리싱 휠이 전체적으로 균일하게 마모되어 폴리싱 휠의 교체 주기를 늘릴 수 있다.

도 1은 기판의 연마 및 폴리싱 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 종래 폴리싱장치를 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 폴리싱장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 의한 폴리싱방법을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 폴리싱장치의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 실시예(1)의 평면도이고, 도 5는 정면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 기판 폴리싱장치의 일 실시예(1)는 테이블(10)과, Y축이동수단(30)과, 회전수단(20)과, 스핀들(40)과, 폴리싱 휠(50)과, Z축이동수단(70)과, X축이동수단(60)을 포함한다.

상기 테이블(10)은 기판(S)이 안착되는 구성요소로서 상기 기판을 안정적으로 진공홀(미도시)이 형성되어 기판을 진공흡착한다. 또는 이와 달리 클램프(미도시)로 기판을 고정할 수도 있다. 한편, 이하에서는 유리기판이나 패널 기타 피가공물을 모두 '기판'이라고 칭한다.

상기 테이블(10)은 회전수단(20)의 상부에 구비되어 회전할 수 있으며, 또한 Y축이동수단(30)에 의해 Y축방향으로 왕복이동이 가능하다.

상기 스핀들(40)은 폴리싱 휠(50)을 회전시키기 위한 구동력을 제공한다. 도시된 바와 같이 상기 테이블(10)의 측면 상부에 구비되며 회전축(41)이 수직하게 설치된다.

상기 폴리싱 휠(50)은 기판(S)에 밀착한 상태에서 상기 스핀들(40)에 연결되어 회전하면서 폴리싱하는 구성요소이다. 폴리싱 휠(40)은 원기둥형태(보기에 따라 '링형태'로 특정될 수도 있음)로 형성되며 회전축(41)이 수직으로 설치된 것을 알 수 있다. 즉, 상기 폴리싱 휠(40)의 회전축(41)이 기판(S)에 직교되도록 설치된 상태에서 그 측면을 이용하여 기판을 폴리싱한다.

또한 상기 스핀들(40)과 함께 폴리싱 휠(50)을 Z방향으로 이동시키는 Z축이동수단(70)과, X방향으로 이동시키는 X축이동수단(60)을 포함한다. 상기 Z축이동수단(70)은 상기 폴리싱 휠(50)을 상하방향으로 승강운동하도록 하고, X축이동수단(60)은 상기 폴리싱 휠(50)을 상기 기판(S)에 대하여 접근하거나 반대로 멀어지는 방향으로 이동시킨다.

도 6을 참조하여 본 발명에 의한 폴리싱 휠(50)을 보다 구체적으로 설명한다. 도시된 바와 같이, 폴리싱 휠(50)은 표면층(가공층)이 탄성재질로 형성되어 X방향이동수단(도 4의 '60')으로 기판(S)의 측면에 밀착시키면 표면층이 탄성변형하면서 기판의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)에 동시에 밀착된다.

본 실시예는 상기 폴리싱 휠(50)의 표면층을 폴리우레탄과 셀륨옥사이드를 포함하여 형성함으로써 탄성을 부여한다. 구체적으로 폴리싱 휠(50)의 표면경도는 Shore A 70~100의 범위로 형성한다.

이와 같이 폴리싱 휠(50)을 탄성재질로 형성하고 X축이동수단(도 4의 '60')으로 기판(S)의 측면에 소정의 압력으로 가압하게 되면 폴리싱 휠(50)의 측면은 탄성변형하면서 기판(S)의 측면(S3)뿐 아니라 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과도 밀착하게 되며, 이 상태에서 스핀들(40)을 이용하여 회전시키면 기판(S)의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)을 동시에 폴리싱할 수 있는 것이다.

한편, 폴리싱 휠(50)을 상하방향으로 승강하지 않고 기판(S)이 폴리싱 휠(50)의 측면에 일정 깊이 삽입된 상태에서 회전시키면, 폴리싱 휠(50)의 밀착된 부분만 심하게 마모되게 된다. 이렇게 되면 폴리싱 휠(50)이 고르게 마모되지 못하게 되어 설계수명만큼 사용하기도 전에 교체를 해야 한다.

본 실시예에서는 이러한 점을 고려하여 폴리싱 휠(50)을 고르게 사용하여 전체적으로 균일하게 마모될 수 있도록 폴리싱하는 동안 Z축이동수단(도 5의 '70')을 이용하여 폴리싱 휠(50)을 상하방향으로 일정한 속도로 이동시키면서 폴리싱한다(도 6의 화살표 참조).따라서 본 실시예에서 폴리싱 휠(50)은 특정부위만 마모되는 일 없이 고르게 마모되면서 폴리싱하게 되는 것이다.

도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 사용상태 및 본 발명에 의한 폴리싱방법을 구체적으로 설명한다.

도 7은 상기 실시예를 이용하여 기판(S)의 변을 폴리싱하는 방법을 나타낸 것이다. X축이동수단(도 4의 '60')을 이용하여 폴리싱 휠(50)을 기판방향으로 접근시켜 제1장변(L1)에 밀착시킨다. 이 때 도 6에 도시된 바와 같이 폴리싱 휠(50)이 탄성변형면서 기판의 제1장변(L1)의 측면(S3)뿐 아니라 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)에도 밀착되도록 한다. 이 상태에서 상기 폴리싱 휠(50)을 Z축이동수단(도 5 의 '70')에 의해 상하방향으로 일정한 속도로 이동하면서 회전시킨다. 한편, 기판(S)은 Y축방향이동수단(도 4의 '30')을 이용하여 Y방향으로 이동하게 되고 그에 따라 제1장변(L1)의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)이 동시에 폴리싱된다.

도 8은 상기 실시예를 이용하여 기판의 코너를 폴리싱하는 방법을 나타낸 것이다. 도 7과 같이 제1장변(L1)의 폴리싱이 완료되면, 회전수단(도 5의 '20')을 이용하여 기판(S)을 회전시키고, Y축방향이동수단(도 4의 '30')을 이용하여 Y방향으로 이동시킨다.

이와 동시에 기판(S)의 회전에 대응하기 위하여 X축이동수단(도 4의 '60')을 이용하여 폴리싱 휠(50)을 기판으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키면서 제1코너(C1)의 전방부를 폴리싱한다. 제1코너(C1)의 정점을 지나면 다시 X축이동수단을 이용하여 폴리싱 휠(50)을 기판(S)에 접근하는 방향으로 이동시키면서 제1코너(C1)의 후방부를 폴리싱한다. 이 때도 역시 제1코너(C1)의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)을 동시에 폴리싱하는 것은 당연하다.

이와 같은 방법으로 제1코너(C1)를 폴리싱한 후에 연속하여 제1단변(L2)을 폴리싱한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 폴리싱 휠(50)을 제1단변(L2)의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)에 동시에 밀착시킨 상태에서 기판(S)을 Y방향으로 이동하고 폴리싱 휠(50)을 상하방향으로 이동하면서 폴리싱하는 것이다.

도 7 내지 도 9를 반복하면 하나의 폴리싱 휠(50)을 이용하여 기판(S)의 모든 변과 코너를 폴리싱할 수 있다. 즉, 제1장변(L1)->제1코너(C1)->제1단변(L2)->제2코너->제2장변->제3코너->제2단변을 순차적으로 폴리싱하고 모든 공정이 완성된다.

본 실시예에서는 X축이동수단, Y축이동수단 및 Z축이동수단은 에어실린더로 구성하였으나, 이와 다른 공지의 구동수단으로의 변경이 가능하다.

1: 실시예
10: 테이블
20: 회전수단
30: Y축이동수단
40: 스핀들
50: 폴리싱 휠
60: X축이동수단
70: Z축이동수단

Claims

상부에지와 하부에지가 연마된 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서,
기판을 안착하는 테이블;
상기 테이블의 측면 상부에 설치되는 스핀들;
원기둥형태로 형성되고, 회전축이 상기 기판과 직교하도록 설치되며, 상기 스핀들에 의해 회전하면서 측면으로 상기 기판을 폴리싱하는 폴리싱 휠; 및
상기 기판을 폴리싱하는 동안 상기 폴리싱 휠을 상하방향으로 일정속도로 이동시키는 Z축이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱장치.
제1항에 있어서,
상기 폴리싱 휠의 표면층은 탄성재질로 형성되어 상기 기판의 측면(S3)에 가압시 탄성변형하면서 상기 기판의 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)에도 밀착되어 상기 폴리싱 휠이 상기 상부연마면(S1)과 하부연마면(S2)과 측면(S3)을 동시에 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱장치.
제2항에 있어서,
상기 폴리싱 휠의 표면층은 폴리우레탄과 셀륨옥사이드를 포함한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱장치.
제2항에 있어서,
상기 폴리싱 휠은 표면경도가 Shore A 70~100인 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱장치.
제2항에 있어서,
상기 폴리싱 휠을 상기 기판에 대하여 접근하거나 멀어지게 하는 X축이동수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱장치.
제5항에 있어서,
상기 X축이동수단에 의한 상기 폴리싱 휠의 이동방향과 직교되는 방향으로 상기 테이블을 이동시키는 Y축이동수단; 및
상기 테이블을 회전시키는 회전수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱장치.
상부에지와 하부에지가 연마된 기판을 폴리싱하는 방법에 있어서,
1) 기판을 테이블에 안착하는 단계;
2) 원기둥형태로 형성되고, 회전축이 상기 기판과 직교하도록 설치된 폴리싱 휠의 측면을 상기 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)에 밀착시키는 단계; 및
3) 상기 폴리싱 휠을 회전시켜 상기 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)을 동시에 폴리싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱방법.
제7항에 있어서,
상기 2)단계는 상기 폴리싱 휠의 표면층이 탄성변형하면서 상기 기판의 상부연마면(S1)과 측면(S3)과 하부연마면(S2)에 밀착되는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱방법.
제7항에 있어서,
상기 3)단계는 상기 폴리싱 휠을 상하방향으로 일정속도로 이동하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱방법.
제7항에 있어서,
상기 3)단계는 상기 기판을 Y방향으로 이동하면서 상기 기판의 변을 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱방법.
제7항에 있어서,
상기 3)단계는 상기 폴리싱 휠을 X축방향으로 이동함과 동시에 상기 기판을 Y축방향으로 이동하면서 회전시켜 상기 기판의 코너를 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱방법.