[논문]레이저 CVD 텅스텐막 증착을 통한 TFT LCD 불량배선 수리

김석군; 손정석; 이기선

doi:10.4313/jkem.2004.17.10.1114

문제 정의

TFT LCD 패널 제조공정에서 유리기판의 단선 및 단락 등과 같은 불량 배선을 수리하는 레이저 CVD repair 공정과 텅스텐막의 특징을 알아보고, repair 성공률 향상을 위한 방안을 논의해 보았다. 레이저 CVD 텅스텐막은 ITO 금속과 SiNx 절연막과의 밀착력은 우수하나 알칼리성 용액에는 매우 취약한 특성을 보였다.
이는 곧, LCD 패널의 repair 성공여부에 직접적인 영향을 주기 때문에 양산라인에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 또한, 증착된 텅스텐막의 adhesion 분석과 repair 성공률에 영향을 미치는 요소들을 조사해 보고, 이를 향상시키기 위한 방안들을 제시해 보았다.
본 논문에서는 전기 전도성이 우수하고, 밀착력고} 신뢰성이 뛰어난 레이저 CVD텅스텐 막의의 특징을 살펴보고, repair 성공률에 영향을 주는 요소들을 찾아보았다.
본 실험에서는 레이저 CVD 증착법으로 증착된텅스텐막과 ITO(indium tin oxide), SiNx등 하부막과의 adhesion을 알아보기 위해서 박리 테스트를실시했고, 화학적 내구성을 알아보기 위해서 액정배향막 rework 용액으로 사용되는 알칼리성 용액과의 반응성을 알아보았다. 그리고, repair 성공률에 영향을 주는 요소를 찾기 위해서 레이저 CVD repair후 실제 LCD 패널의 양산 제조공정에서 발생한 배선 불량을 분석하였다.

제안 방법

반응성을 알아보았다. 그리고, repair 성공률에 영향을 주는 요소를 찾기 위해서 레이저 CVD repair후 실제 LCD 패널의 양산 제조공정에서 발생한 배선 불량을 분석하였다.
repair 성공률을 향상시키기 위해서는 단차를 극복하고 막이 균일하게 증착되도록 레이저 에너지 조건을 설정하는 것이 중요하다. 따라서, 레이저 주사속도에 따른 텅스텐막의 단면분석, 레이저 주사속도와 막 두께와의 관계, 레이저 CVD 증착이 실패한 LCD 패널의 배선 분석 등을 통해서 repair 성공률에 영향을 미치는 요소들을 알아보았다.
35 网인 텅스텐 금속을 레이저 CVD 증착하여박리 테스트 후 촬영한 광학 사진이다. 박리 테스트는 스카치 테이프를 사용하여 일정한 힘으로 10회이상 반복 실시하였다. 그 결과 10회 이상의 박리테스트 후에도 텅스텐 증착막이 손상없이 초기형태 그대로보존되어 있었다.
텅스텐 금속의 알칼리성 용액에 대한 화학적 내구성을 확인하기 위해서 LCD 패널 기판의 데이터 (data) 금속배선 단선 불량에 대해서 폭이 5 “m, 두께가 0.3 ㎛인 레이저 CVD 텅스텐 금속을 증착하였다. 그리고, 액정 배향막 제거용액인 강알칼리성 용액에 2 분여 동안 담구어 놓았다.

성능/효과

박리 테스트는 스카치 테이프를 사용하여 일정한 힘으로 10회이상 반복 실시하였다. 그 결과 10회 이상의 박리테스트 후에도 텅스텐 증착막이 손상없이 초기형태 그대로보존되어 있었다. 실제, 양산 제조공정에서 레이저 CVD repair 증착 후 진행되는 UV (ultraviolet) 세정, 배향막 코팅(coating)과 같은 단위공정 후에도 텅스텐 막이 떨어져 나가거나 벗겨지는 현상이 없었다.
레이저 빔 주사 속도가 증가할수록 증착되는 텅스텐막의 두께는 감소했다. 그리고, 주사 속도를 감소시키고, 2중 contact hole을 형성하여 레이저 CVD repair 성공률을 10 % 이상 향상 시켰다. 또한, 레이저 CVD 증착한 제품에 대해서 THO(thermal humidity operation, 50 ℃ / 80 %), LTOtlow temperature operation, 0 ℃), TST(thermal 아lock test) 등 총 3가지 항목을 신뢰성 테스트한 결과 모두 제품 품질에 문제가 없었다.
실제, 양산 제조공정에서 레이저 CVD repair 증착 후 진행되는 UV (ultraviolet) 세정, 배향막 코팅(coating)과 같은 단위공정 후에도 텅스텐 막이 떨어져 나가거나 벗겨지는 현상이 없었다. 따라서, 레이저 CVD 방법으로 증착된 텅스텐 막은 LCD 기판에 형성된 ITO 금속 및 실리콘 질화 막과 매우 우수한 adhesion 특성을 보여준다는 것을 알 수 있었다.
그리고, 주사 속도를 감소시키고, 2중 contact hole을 형성하여 레이저 CVD repair 성공률을 10 % 이상 향상 시켰다. 또한, 레이저 CVD 증착한 제품에 대해서 THO(thermal humidity operation, 50 ℃ / 80 %), LTOtlow temperature operation, 0 ℃), TST(thermal 아lock test) 등 총 3가지 항목을 신뢰성 테스트한 결과 모두 제품 품질에 문제가 없었다.
증착된 텅스텐 금속의 attack 정도는 막 두께, 알칼리성 용액의 농도, 반응시간 등에 따라 다소 차이가 있었다. 레이저 CVD 증착 금속으로 사용되는 텅스텐은 알칼리성 용액과 반응시 매우 약한 특성을 나타내었고, 이러한 텅스텐막 특성이 레이저 CVD repair 성공률 저하에 많은 영향을 줄 수 있을 것이다.
주사속도가 빠를수록 조샤되는 CW 레이저 빔에 의해서 광분해 되는 W(CO)6의 텅스텐 원자량이 적어지고, 선택부의 열전도가 감소하여 텅스텐 막이 얇게 증착되는 것으로 사료된다. 레이저 CVD 텅스텐 막의 두께는 조사되는 레이저 에너지원의 크기보다 주사속도에따른 의존성이 훨씬 크다는 걸 알 수 있었다.
보았다. 레이저 CVD 텅스텐막은 ITO 금속과 SiNx 절연막과의 밀착력은 우수하나 알칼리성 용액에는 매우 취약한 특성을 보였다. 레이저 빔 주사 속도가 증가할수록 증착되는 텅스텐막의 두께는 감소했다.
레이저 주사속도를 제외한 나머지 조건은 모두 동일하다. 실제, 양산 공정에서 레이저 주사속도를 3 /zm/s - 4 ㎛/s를 사용하고, 주사회수를 2회로 설정한 결과 repair 성공률이많이 향상되었다.
취약한 contact hole을 보완하기 위해서 1개의 buffer contact hole을 추가로 형성하였다. 이러한 2중 contact hole 구조의 레이저 CVD repair 방법을 적용한 결과 contact hole 부에서의 단선불량이 줄어들고 repair 성공률이 향상 되었다.

후속연구

3 网i/s인 경우 (b) 7 /m/s에 비해서 텅스텐입자가 크고, 증착막 두께가 두꺼워서 기판 금속배선 단차부에서 crack 또는 thinning 현상을 보완할수 있을 것으로 기대된다. 레이저 주사속도를 제외한 나머지 조건은 모두 동일하다.

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