TWI394727B - 板輕量化裝置以及板輕量化方法 - Google Patents

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Suzhou Crane Optoelectronic Technology Co Ltd
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Description

板輕量化裝置以及板輕量化方法
本發明是有關於一種板輕量化裝置(substrate slimming apparatus)與玻璃基板(glass substrate)輕量化方法，以及特別是有關於一種能夠使蝕刻液(etchant)在傾斜放置的玻璃基板上流動，藉此來蝕刻此玻璃基板，從而使此玻璃基板輕量化的板輕量化裝置以及玻璃基板輕量化方法。
通常，顯示器的背光或顯示器中所使用的玻璃基板的背光必須經過處理以使顯示器或玻璃基板輕量化。舉例來說，用於行動電話(mobile phone)的玻璃基板的處理已發展到這樣的程度：當行動電話處於發展初期時，典型的行動電話的總厚度約為45mm，重量約為1.3kg，而現在典型的行動電話的總厚度約為6.9mm，重量約為63g。近年來，液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)(是最薄的顯示器)已被製造成具有0.82mm的玻璃基板，而且關於“按照直接將抗衝擊薄板(impact prevention sheet)貼到液晶顯示器玻璃上的方式來製造輕量化液晶顯示器”的研究已經展開。
為了製造輕量化顯示器，目前已揭露了多種藉由蝕刻(etch)玻璃基板來使玻璃基板輕量化的方法，這些方法的範例有：浸漬法(dipping method)，藉由將多個玻璃基板垂直浸入槽中來蝕刻這些玻璃基板；噴灑法(spray method)，藉由以預定噴灑壓力向直立著的玻璃基板的兩側面噴灑蝕刻液來蝕刻此玻璃基板；以及向下薄化分離法(downward thin-separation method)，藉由使蝕刻液從直立著的玻璃基板的上端部分沿著此玻璃基板的兩側面流下來蝕刻此玻璃基板。
圖1是使用浸漬法來蝕刻玻璃基板的習知板輕量化裝置的橫截面圖。
在使用圖1所示之板輕量化裝置的方法中，用來蝕刻玻璃基板的蝕刻液是藉由昂貴的混合系統而混合的高濃度氫氟酸(hydrofluoric acid,HF)溶液。氫氟酸蝕刻槽1的下端部分安裝有泡罩板(bubble plate)50與沖孔板(punching plate)60，泡罩板50可將高純度氮或純淨幹空氣注入到氫氟酸蝕刻槽1中，沖孔板60可將氣泡從玻璃基板上排出。氫氟酸蝕刻槽1上安裝一遮蓋上端部分的頂蓋30。形成水穴(water pocket)40是為了藉由消除頂蓋30的縫隙來密封氫氟酸蝕刻槽1的內側。水穴40中收集超純水41以避免有毒的氫氟酸氣體洩漏到外界。
泡罩板50與沖孔板60也安裝在快速排水清洗(quick dump rinse,QDR)槽(沒有繪示)的下側，以在沖洗玻璃基板的過程中產生氮氣。在快速排水清洗槽中使用超純水來執行沖洗的過程中，是藉由噴射氮氣來沖洗玻璃基板。在氫氟酸蝕刻槽1中蝕刻玻璃基板的過程中，先接收氫氟酸溶液(其濃度是由氫氟酸溶液供應槽來控制)，將裝有玻璃基板的匣子浸入充滿氫氟酸溶液的氫氟酸蝕刻槽1 中，然後從泡罩板50與沖孔板60排出氮氣。
在快速排水清洗槽中執行的沖洗過程中，使用安裝在快速排水清洗槽中的噴射裝置藉由噴射超純水來沖洗掉附著在玻璃基板表面的被蝕刻的材料與氫氟酸溶液。在快速排水清洗槽中執行的沖洗過程中，藉由從安裝在快速排水清洗槽之下端部分的泡罩板50與沖孔板60噴出氮氣來執行輔助沖洗。
不過，在上述的浸漬法中，要以很小的厚度來精確地蝕刻玻璃基板會比較困難，也就是說，這種蝕刻製程不精確。而且，蝕刻過程中所產生的泥狀沉積物(sludge)與白色粉末不易處理，且這些物質附著在玻璃基板上會導致產品品質差。再者，在浸漬法中，需要大量的超純水，蝕刻液的回收率(recovery rate)低，而且必須具備氣泡產生器。如果蝕刻過程中或蝕刻之後有壓力施加到極薄的玻璃基板上，那麼蝕刻之後被蝕刻的玻璃基板的品質就會降低。
對於噴灑法，因為蝕刻液被噴到玻璃基板上，所以有強大的壓力施加到玻璃基板上，且垂直交叉噴嘴的劇烈運動會導致新的蝕刻液與各種鹽類(salt)(氧化反應的副產物)攪拌，因此從混合物中分離出蝕刻液較為困難，從而蝕刻液的回收率非常低。
對於玻璃基板向下薄化方法，因為固定在工模(jig)(用來支撐著玻璃基板)中的玻璃基板的厚度不同，所以此玻璃基板隨著蝕刻液在基板兩側面的流動而劇烈抖動，因此當玻璃基板執行完蝕刻之後會出現厚度不均勻。而 且，由於厚度不同，所以在玻璃基板蝕刻過程中，兩側的噴嘴與玻璃基板之間的最佳間隙也不同，因此必須執行即時噴嘴間隙調節以噴灑適當量的蝕刻液。再者，在此方法中，因為是藉由使蝕刻液從玻璃基板的上端部分流下來執行蝕刻，所以玻璃基板上端部分的密封狀態或密封材料的有效性可能會造成性能大大降低。此外，由於玻璃基板表面上流動著的蝕刻液與此玻璃基板之間的化學反應是在蝕刻液流動時即刻發生的，所以蝕刻速度非常慢，且蝕刻速度不可控制。
為了解決上述與/或其他問題，本發明提供了一種可控制基板之精確厚度蝕刻的板輕量化裝置與板輕量化方法。
本發明還提供一種不施加機械應力到被蝕刻之基板上的板輕量化裝置與板輕量化方法。
本發明還提供一種可提高用於蝕刻之蝕刻液之回收率的板輕量化裝置與板輕量化方法。
本發明還提供一種可消除在用來固定基板的固定單元上的蝕刻厚度之差的板輕量化裝置與板輕量化方法。
本發明還提供一種在基板蝕刻過程中不必再調節噴嘴與基板之間間隙的板輕量化裝置與板輕量化方法。
本發明還提供一種可使流到基板上來蝕刻此基板的蝕刻液的量的變化程度最小化的板輕量化裝置與板輕量化方法。
本發明還提供一種可對具有不同厚度的基板的兩側面 執行即時蝕刻的板輕量化裝置。
根據本發明的一觀點，提供一種板輕量化裝置，其包括：支撐板，支撐著將欲蝕刻的基板；容器，容納支撐板；以及噴嘴，噴射蝕刻液來蝕刻基板，其中支撐板是傾斜地放置著，且此支撐板所支撐著的基板也是傾斜地放置著。
此基板可以是玻璃基板。
支撐板可包括一傾斜軸。
藉由相對於傾斜軸來傾斜支撐板，可控制支撐板的傾斜角。
此板輕量化裝置可更包括一固定單元(fixing unit)，介於基板與支撐板之間，用來將基板固定在支撐板上。
噴嘴可包括：流板(flow plate)，引導蝕刻液在重力作用下流動；以及至少一個肩狀突出單元(shoulder unit)，從流板的表面突出。
此流板的表面可以是傾斜的。
噴嘴可配置在基板的上端，使蝕刻液從基板上端沿著此基板的傾斜面流下。
根據本發明的另一觀點，提供一種使用板輕量化裝置的板輕量化方法，這種板輕量化方法包括：設定將欲蝕刻的基板的傾斜角；以及使蝕刻基板的蝕刻液流到基板表面上。
蝕刻液可從基板的上端沿著基板的傾斜面流下。
藉由相對於傾斜軸來傾斜支撐著基板的支撐板，可執行基板的傾斜角設定。
蝕刻液可平穩地在玻璃基板表面上流動。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
下面將參照所附圖式來詳細描述本發明，本發明的實施例繪示於所附圖式中。
圖2是依據本發明之一實施例的板輕量化裝置100的橫截面圖。
板輕量化裝置100包括：支撐板104，支撐著將欲蝕刻的玻璃基板112；容器102，容納支撐板104；以及噴嘴116，使蝕刻液能夠流到將欲蝕刻的玻璃基板112上。
支撐板104是傾斜地放置著，且此支撐板104所支撐著的玻璃基板112也是傾斜地放置著。也就是說，為了傾斜地放置玻璃基板112，就要傾斜地放置支撐此玻璃基板112的支撐板104。
支撐著玻璃基板112的支撐板104可具有各種形狀，只要此支撐板104可傾斜地支撐著玻璃基板112。根據本實施例，支撐著玻璃基板112的支撐板104是位於玻璃基板112的後表面，且平行於此玻璃基板112。
固定單元114安裝在玻璃基板112與支撐板104之間，用以從玻璃基板112的後表面支撐著此玻璃基板112。固定單元114經配置以連接玻璃基板112的後表面與支撐板104，用以將玻璃基板112固定在支撐板104上，而不 脫離支撐板104。
支撐板104包括一傾斜軸110。支撐板104上用來容納此傾斜軸110的特定部件可形成於凸出單元108中，此凸出單元108從支撐板104的後表面伸出預定高度。
如果支撐板104的厚度足以容納傾斜軸110，則可藉由形成一通孔(through hole)而在支撐板104的側面安裝凸出單元108，而無需使用凸出來的凸出單元108。
傾斜軸110可縱向地安裝在支撐板104的中心。不過，傾斜軸110的位置並不局限於支撐板104的中心，也可根據安裝玻璃基板112時支撐板104的重量或支撐板104的重量分佈來決定。
因為圖2所示之支撐板104是橫截面圖，所以圖2沒能清楚地繪示出傾斜軸110(支撐板104繞著此傾斜軸110旋轉)是被板輕量化裝置100的哪個部分支撐著。傾斜軸110是配置在容納支撐板104且執行蝕刻的蝕刻室(etching room)106中，且較佳地是，傾斜軸110可連接到且可以旋轉的方式支撐在容器102的側壁上。另一種方案是，可藉由在容器102的蝕刻室106中包括一額外的旋轉支撐構件，使傾斜軸110支撐在此額外的旋轉支撐構件上。
噴嘴116是設在以傾斜方式被支撐著的玻璃基板112的上端，使蝕刻此玻璃基板112的化學成分(例如，氫氟酸(hydrofluoric acid,HF)溶液)能夠流到此玻璃基板112上。
噴嘴116不是以噴灑方式來噴出蝕刻液，而是讓蝕刻 液在重力作用下滴落到玻璃基板112的表面上。就這一點而言，玻璃基板112的傾斜程度會導致玻璃基板112表面上的蝕刻液的運動速度不同。如果玻璃基板112被設定為接近垂直，則蝕刻液的運動速度會比較快，如果玻璃基板112被設定為接近水平，則蝕刻液的運動速度比較慢。
從噴嘴116供應到玻璃基板112表面的蝕刻液穩定地流動著。
摩擦力(frictional force)對供應之蝕刻液之穩定運動特性的影響與玻璃基板112之傾斜度一樣大。因此，摩擦力會導致蝕刻液的運動速度減小，於是蝕刻液可能流過玻璃基板112上所需的時間遠長於習知的向下薄化分離法中蝕刻液垂直流下所需的時間。如此一來，蝕刻液所執行的蝕刻迅速改進，且可實現均勻的蝕刻速度。
儘管圖中沒有繪示，不過對於將欲蝕刻的玻璃基板112被固定安裝在支撐板104兩側面的情形，可藉由支撐板104繞著傾斜軸110的傾斜程度來執行雙側蝕刻或單側蝕刻，從而可執行不同強度的蝕刻。
如果玻璃基板112的傾斜角變動，那麼噴嘴116的位置就必須變動，因為玻璃基板112上端的水平方向位置與垂直方向位置發生了變動。所以，當玻璃基板112的傾斜角已設定之後，根據運動玻璃基板112上端的位置來逐步給噴嘴116定位。當玻璃基板112的傾斜度已設定且噴嘴116的位置已設定時，蝕刻過程中就無需再調節噴嘴116的位置。這是因為噴射單元(噴嘴116中的蝕刻液藉由此 噴射單元而流出)傾斜地接觸玻璃基板112的上端，所以在蝕刻過程中不會有額外的間隙。
如果多個玻璃基板並列放置或相互疊置，那麼可使用具有能夠覆蓋整個基板之尺寸的噴嘴來讓蝕刻液傾斜地流出，不過圖中沒有繪示此情形。
將玻璃基板112固定在支撐板104上的固定單元114是配置在傾斜玻璃基板112的後表面上，所以此固定單元114不會接觸玻璃基板112表面上流動的蝕刻液。如此一來，固定單元114可穩定地支撐著玻璃基板112，而此固定單元114不會被蝕刻液損壞。
請參照圖2，固定單元114是採用針狀來將玻璃基板112固定在支撐板104上。不過，固定單元114的形狀並不局限於針狀，而是可形成各種可將玻璃基板112牢牢固定在支撐板104上的結構。
圖3是圖2所示之噴嘴116的截面示意圖。
請參照圖3，噴嘴116包括：儲存空間(storage space)120，蝕刻液被臨時儲存在此儲存空間120裡；以及主體122，其包括一緩衝室(buffer room)130，此緩衝室130配置在儲存空間120的下端部分，用來臨時儲存少量蝕刻液。具有錐形側面的第一導向單元(guide unit)124與具有圓柱形、從第一導向單元124垂直延伸的第二導向單元126形成於主體122下端部分的下面，也就是說，第一導向單元124與第二導向單元126形成連接儲存空間120與緩衝室130的部件。緩衝室130是由第二導向單元126與 形成於第二導向單元126下面的底板(bottom plate)128所形成。底板128的左側與右側至少其中之一是在一方向上以傾斜方式形成流板132，其中流板132是用來引導蝕刻液流動。流板132與底板128延伸成一個單元。
緩衝室130的底面是由底板128形成，且底板128的一側連接到主體122。底板128的另一側在流板132的傾斜方向上敞開著。
在這裡，流板132的表面上形成至少一個向上伸出預定高度的肩狀突出單元134、136及138。靠近底板128的肩狀突出單元134與底板128一起構成緩衝室130。
蝕刻液在具有上述結構的噴嘴116中的運動路徑是用圖3中的箭頭來指示。請參照圖3，儲存空間120中的蝕刻液沿著第一導向單元124與第二導向單元126進入緩衝室130，其中緩衝室130的底面是由底板128構成。在這裡，除了流板132形成的方向之外，緩衝室130是閉合的，且流板132上形成向上伸出預定高度的肩狀突出單元134。
如此一來，蝕刻液就不會溢出肩狀突出單元134，直到緩衝室130中充滿蝕刻液達到了肩狀突出單元134伸出的高度。當緩衝室130中充滿了預定量的蝕刻液，且蝕刻液溢出時，蝕刻液流出肩狀突出單元134，流入下一個肩狀突出單元136所形成的空間，然後充滿此空間直到蝕刻液溢出肩狀突出單元136。由肩狀突出單元138形成的下一個空間也充滿蝕刻液，直到蝕刻液溢出肩狀突出單元138。蝕刻液以這種方式流過多個緩衝空間，而不是從儲存 空間120直接流到傾斜流板132的表面上。如此一來，即使噴嘴116的最後部分的寬度減小，蝕刻液的流速也不會增大，因此，可供應均勻量的蝕刻液到玻璃基板112上。
本發明中所使用的蝕刻液可以是28%至50%的氫氟酸溶液。
在圖3中，流板132僅形成於底板128的左側，不過流板132也可在多個方向上形成，使得蝕刻液可在多個方向上噴出，例如左側噴出與/或右側噴出。
圖4是圖2所示之固定單元114之修改版本的橫截面圖。
與圖2所示之支撐板104相似的是，支撐板104’是配置在玻璃基板112的後表面上，且支撐板104’包括一傾斜軸110’，使玻璃基板112傾斜著，且可藉由繞著傾斜軸110’的傾斜度來控制玻璃基板112的傾斜角。支撐板104’上形成一凸出單元108’，以確保有足夠的空間來形成傾斜軸110’。
將玻璃基板112固定在支撐板104’上時，為了避免玻璃基板112從支撐板104’上滑落，可使用一托架形固定單元170，將其插入支撐板104’的兩端單元與玻璃基板112的兩端單元。
在此情形下，托架形固定單元170是由不會與蝕刻液發生反應的材料形成。
圖5是使用上述之板輕量化裝置100的板輕量化方法的流程圖。
請參照圖5，將玻璃基板安裝在支撐板上(步驟S1)，然後放射紫外線(ultraviolet ray,UV)到此玻璃基板上(步驟S2)。在放射紫外線的操作中，紫外線可具有200到600nm的波長，且可使用大於20W的紫外線燈按步進方式(stepping mode)來放射紫外線。蝕刻前的玻璃基板112具有疏水性(hydrophobic property)，且具有7度或大於7度的接觸角。但是，當放射紫外線達到10秒鐘或超過10秒鐘之後，玻璃基板的基板轉變為親水性(hydrophilic property)，具有7度或小於7度的接觸角。如此一來，可能附著在玻璃基板表面上的有機污染物被清除，其特性已發生變化。
利用純水噴嘴(是輔助噴嘴)來噴出純水，在已變為親水性的玻璃基板的表面上形成第一層水膜(water film)(步驟S3)，從而使玻璃基板表面暫時變濕潤。然後，將此玻璃基板移到一容器中以執行蝕刻。
在此容器中，設定玻璃基板的傾斜角(步驟S4)。設定完玻璃基板的傾斜角之後，蝕刻液藉由上述噴嘴而流到玻璃基板上(步驟S5)。藉由使蝕刻液流到玻璃基板上而執行完玻璃基板之蝕刻之後，在將玻璃基板移到容器中以進行沖洗的過程中，形成第二層水膜(步驟S6)。最後，沖洗玻璃基板(步驟S7)。
在藉由上述過程來蝕刻玻璃基板的過程中，蝕刻液是藉由玻璃基板的傾斜而得以穩定地流動。如此一來，玻璃基板可輕量化到想要的厚度。
依據本發明的板輕量化裝置與玻璃基板輕量化方法可提供以下優點。
第一，可控制針對精確基板厚度的蝕刻，且可避免玻璃基板上的缺陷因氣泡所導致的凹陷(dimple)或缺口(dent)而擴大。
第二，沒有機械應力施加在將欲蝕刻的玻璃基板上，從而可提高玻璃基板的品質。
第三，用來蝕刻玻璃基板的蝕刻液的回收率可提高，尤其是可提高到95%或以上。
第四，用來固定玻璃基板的固定單元上的蝕刻厚度差可消除。
第五，在玻璃基板蝕刻過程中不必再調節噴嘴與玻璃基板之間的間隙，從而可提高工作效率。
第六，蝕刻玻璃基板的蝕刻液可使流到玻璃基板上的蝕刻液的量變誤差最小化。
第七，可避免蝕刻前與蝕刻後的蝕刻液相互混合。
第八，既可執行單面蝕刻又可執行雙面蝕刻，只需簡單地旋轉支撐板即可。
第九，後續製程中的研磨製程(polishing process)可最簡化，從而減小工作負荷。
第十，與向下薄化分離法相比，在蝕刻過程中玻璃基板的搖動或移動可減少。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧氫氟酸蝕刻槽
30‧‧‧頂蓋
40‧‧‧水穴
41‧‧‧超純水
50‧‧‧泡罩板
60‧‧‧沖孔板
100‧‧‧板輕量化裝置
102‧‧‧容器
104、104’‧‧‧支撐板
106‧‧‧蝕刻室
108、108’‧‧‧凸出單元
110、110’‧‧‧傾斜軸
112‧‧‧玻璃基板
114‧‧‧固定單元
116‧‧‧噴嘴
120‧‧‧儲存空間
122‧‧‧主體
124、126‧‧‧導向單元
128‧‧‧底板
130‧‧‧緩衝室
132‧‧‧流板
134、136、138‧‧‧肩狀突出單元
170‧‧‧托架形固定單元
S1~S7‧‧‧步驟
圖1是習知玻璃基板輕量化裝置的橫截面圖。
圖2是依據本發明之一實施例的板輕量化裝置的橫截面圖。
圖3是圖2所示之噴嘴的放大橫截面圖。
圖4是依據本發明之另一實施例的板輕量化裝置中的基板支撐板的橫截面圖。
圖5是依據本發明之一實施例的板輕量化方法的流程圖。
100‧‧‧板輕量化裝置
102‧‧‧容器
104‧‧‧支撐板
106‧‧‧蝕刻室
108‧‧‧凸出單元
110‧‧‧傾斜軸
112‧‧‧玻璃基板
114‧‧‧固定單元
116‧‧‧噴嘴
170‧‧‧托架形固定單元

Claims (13)

  1. 一種板輕量化裝置，包括：支撐板，支撐著將欲蝕刻的基板；容器，容納所述支撐板；以及噴嘴，噴出用來蝕刻所述基板的蝕刻液，且讓所述蝕刻液滴落到所述基板的上端，其中所述支撐板是傾斜地放置著，且所述支撐板所支撐著的所述基板也是傾斜地放置著。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之板輕量化裝置，其中所述基板是玻璃基板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之板輕量化裝置，其中所述支撐板包括傾斜軸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之板輕量化裝置，其中所述支撐板的傾斜角是藉由所述支撐板相對於所述傾斜軸的傾斜來進行控制。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之板輕量化裝置，更包括固定單元，介於所述基板與所述支撐板之間，用來將所述基板固定在所述支撐板上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之板輕量化裝置，其中所述噴嘴包括：流板，引導所述蝕刻液在重力作用下流動；以及至少一個肩狀突出單元，從所述流板的表面突出。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之板輕量化裝置，其中所述流板的所述表面是傾斜的。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之板輕量化裝置，其中 所述噴嘴是配置在所述基板的上端，使所述蝕刻液從所述基板的所述上端沿著所述基板的所述傾斜面流動。
  9. 一種板輕量化方法，使用板輕量化裝置來使基板輕量化，所述板輕量化方法包括：設定將欲蝕刻的基板的傾斜角；以及使蝕刻所述基板的蝕刻液滴落到所述基板的上端並流到所述基板的表面上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之板輕量化方法，其中所述蝕刻液是從所述基板的上端沿著所述基板的傾斜面流到所述基板的下端。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之板輕量化方法，其中所述基板是玻璃基板。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之板輕量化方法，其中所述基板的傾斜角之設定，是藉由控制支撐著所述基板的支撐板相對於傾斜軸的傾斜來執行。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之板輕量化方法，其中所述蝕刻液穩定狀態在所述玻璃基板的所述表面上流動。
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