LCD 제조공정에서 물리적 세정법의 미립자 제거효율 비교 연구 Comparison of particle removal efficiency between the physical cleaning methods in the fabrication of liquid crystal displays원문보기
LCD (Liquid Crystal Display) 제조기술이 발전함에 따라 유리기판은 점차 대형화되는 추세이고 제조공정도 세밀화되어 감에 따라 LCD 제조과정에서 세정공정의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 물리적 세정방법 중 브러쉬 (brush), 버블제트 (bubble jet) 및 이류체 (aqua/air) 세정법을 이용하여 미립자 (particles) 제거효율을 비교 평가하였다. 7세대 LCD 유리기판 ($1875\;mm\;{\times}\;2200\;mm$)을 대상으로 초순수 (deionized water)의 유량 및 압력 변화와 브러쉬의 모(毛)와 유리기판과의 접촉깊이 (contact depth) 등의 운전조건 변화를 통하여 미립자의 제거효율을 비교하였고 각 세정법에 의한 유의차 분석을 통해 향후 세정장비 개발에 유용한 자료로 활용하고자 하였다. 브러쉬 세정의 경우 브러쉬 접촉깊이에 변화를 주었을 때 임계점부터는 세정효율에 유의차가 크지 않음을 알 수 있었다. 버블제트 세정은 압력변화에 따른 세정력 유의차가 거의 없음을 관찰할 수 있었으며, 이류체 세정은 압력변화시 임계점까지는 세정력 유의차가 존재하나 임계점 이후부터는 유의차가 발생하지 않았다. 상기 3가지 세정방법 중 브러쉬 세정이 주어진 조건에서는 세정효과가 가장 큰 것으로 나타났다.
LCD (Liquid Crystal Display) 제조기술이 발전함에 따라 유리기판은 점차 대형화되는 추세이고 제조공정도 세밀화되어 감에 따라 LCD 제조과정에서 세정공정의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 물리적 세정방법 중 브러쉬 (brush), 버블제트 (bubble jet) 및 이류체 (aqua/air) 세정법을 이용하여 미립자 (particles) 제거효율을 비교 평가하였다. 7세대 LCD 유리기판 ($1875\;mm\;{\times}\;2200\;mm$)을 대상으로 초순수 (deionized water)의 유량 및 압력 변화와 브러쉬의 모(毛)와 유리기판과의 접촉깊이 (contact depth) 등의 운전조건 변화를 통하여 미립자의 제거효율을 비교하였고 각 세정법에 의한 유의차 분석을 통해 향후 세정장비 개발에 유용한 자료로 활용하고자 하였다. 브러쉬 세정의 경우 브러쉬 접촉깊이에 변화를 주었을 때 임계점부터는 세정효율에 유의차가 크지 않음을 알 수 있었다. 버블제트 세정은 압력변화에 따른 세정력 유의차가 거의 없음을 관찰할 수 있었으며, 이류체 세정은 압력변화시 임계점까지는 세정력 유의차가 존재하나 임계점 이후부터는 유의차가 발생하지 않았다. 상기 3가지 세정방법 중 브러쉬 세정이 주어진 조건에서는 세정효과가 가장 큰 것으로 나타났다.
As the fabrication technology of LCDs (Liquid Crystal Displays) advances, the size of mother glass substrates is getting larger, and the fabrication process is becoming finer. Accordingly, the importance of cleaning processes grows in the fabrication process of LCDs. In this study, we have compared ...
As the fabrication technology of LCDs (Liquid Crystal Displays) advances, the size of mother glass substrates is getting larger, and the fabrication process is becoming finer. Accordingly, the importance of cleaning processes grows in the fabrication process of LCDs. In this study, we have compared and evaluated the particle removal efficiency for three different methods of physical cleaning, which are brush, bubble jet, and aqua/air cleaning. Using the seventh generation glass substrate, the particle removal efficiency has been investigated by changing operation conditions such as a flow rate of deionized water, pressure, contact depth between a brush bristle and a glass substrate, and so forth. In the case of brush cleaning, the cleaning efficiency barely changes after a critical point when the contact depth is varied. While the cleaning efficiency of bubble jet cleaning is almost independent of pressure, that of aqua/air cleaning is affected by pressure up to a critical point, but is not changed after it. We note the brush cleaning is the most effective among the three cleaning methods under our experimental conditions.
As the fabrication technology of LCDs (Liquid Crystal Displays) advances, the size of mother glass substrates is getting larger, and the fabrication process is becoming finer. Accordingly, the importance of cleaning processes grows in the fabrication process of LCDs. In this study, we have compared and evaluated the particle removal efficiency for three different methods of physical cleaning, which are brush, bubble jet, and aqua/air cleaning. Using the seventh generation glass substrate, the particle removal efficiency has been investigated by changing operation conditions such as a flow rate of deionized water, pressure, contact depth between a brush bristle and a glass substrate, and so forth. In the case of brush cleaning, the cleaning efficiency barely changes after a critical point when the contact depth is varied. While the cleaning efficiency of bubble jet cleaning is almost independent of pressure, that of aqua/air cleaning is affected by pressure up to a critical point, but is not changed after it. We note the brush cleaning is the most effective among the three cleaning methods under our experimental conditions.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 LCD 제조공정 중 세정공정에 사용되고 있는 물리적 세정방법의 효율을 비교 평가하여 최적의 세정공정 조건을 확립하고자 하였다. 즉, 브러쉬 (brush), 버블제트 (bubble jet) 및 이류체 (aqua/air) 세정법을 이용하여 미립자 (fine particles) 제거효율을 비교 평가하는 것이 본 연구의 목적이다.
따라서 본 연구에서는 LCD 제조공정 중 세정공정에 사용되고 있는 물리적 세정방법의 효율을 비교 평가하여 최적의 세정공정 조건을 확립하고자 하였다. 즉, 브러쉬 (brush), 버블제트 (bubble jet) 및 이류체 (aqua/air) 세정법을 이용하여 미립자 (fine particles) 제거효율을 비교 평가하는 것이 본 연구의 목적이다.
가설 설정
이 때 브러쉬의 회전수는 400 rpm으로 하였다. 또한 버블제트는 유니트가 상하 두 개로 구성되어 있으며 초순수의 압력은 상(上)이 0.3 MPa이고 하(下) 압력이 0 MPa으로 설정하였다. 공기압력은 상(上)이 0.
제안 방법
- 두 번째는 버블제트 세정과 이류체 세정의 압력을 기본세정 조건은 그대로 둔 상태에서 롤브러쉬 공정을 생략 (skip)했을 때의 미립자 제거효율을 비교평가 하였다.
기본 세정방법에 다음과 같은 변화를 주면서 세정을 수행하면서 미립자 제거효율을 비교평가 하였다.
즉, 롤브러쉬의 모와 유리기판이 닿는 접촉깊이 변화에 따른 세정효과를 관찰하였다. 롤브러쉬의 모와 유리기판과의 접촉깊이 변화를 상(上) 0.5 mm부터 2.0 mm까지 주면서 미립자 제거효율을 비교평가 하였다. 브러쉬 하(下)의 접촉깊이 0.
본 연구에서는 롤브러쉬, 버블제트와 이류체 세정 등 3가지 세정법을 이용하여 기판세정을 수행하였다. 미립자의 크기 기준치는 1 ㎛ 이상이며 7세대 기판 (1875 mm × 2200 mm)를 사용하였다.
표 3과 같은 기본조건 상태에서 버블제트 세정법의 초순수와 공기의 압력조건을 변화하면서 세정을 수행하였다. 즉, 기본조건 세정, 버블제트 생략, 버블제트의 압력을 0.1/0.1 MPa, 0.2/0.2 MPa, 0.3/0.3 MPa으로 바꾸어 가면서 실험하였다.
표 3과 같은 기본조건 상태에서 이류체 세정을 초순수와 공기의 압력조건을 변화하면서 세정을 수행하였다. 즉, 기본조건 세정, 이류체 생략, 이류체의 압력을 0.1/0.1 Mpa, 0.2/0.2 Mpa, 0.3/0.3 Mpa, 0.4/0.4 Mpa로 변화시켜 가며 세정효율을 비교평가 하였다.
- 먼저 기본 세정조건에서 롤브러쉬 세정방법에 변화를 주어 수행하였다. 즉, 롤브러쉬의 모와 유리기판이 닿는 접촉깊이 변화에 따른 세정효과를 관찰하였다. 롤브러쉬의 모와 유리기판과의 접촉깊이 변화를 상(上) 0.
표 3과 같은 기본조건 상태에서 버블제트 세정법의 초순수와 공기의 압력조건을 변화하면서 세정을 수행하였다. 즉, 기본조건 세정, 버블제트 생략, 버블제트의 압력을 0.
표 3과 같은 기본조건 상태에서 이류체 세정을 초순수와 공기의 압력조건을 변화하면서 세정을 수행하였다. 즉, 기본조건 세정, 이류체 생략, 이류체의 압력을 0.
표 4와 같이 앞의 실험결과를 토대로 미립자 제거율이 높으면서 초순수 유량을 최소화할 수 있는 최적조건으로 실험을 실시하였다. 최적조건의 경우 미립자 제거는 -270 개로 기본조건의 -244 개 대비 약 11% 정도의 세정효율 증가효과를 나타내었다.
대상 데이터
미립자의 크기 기준치는 1 ㎛ 이상이며 7세대 기판 (1875 mm × 2200 mm)를 사용하였다.
데이터처리
3가지 세정방법의 주요 효과를 평가하기 위하여 표 5와 같이 3인자 2수준으로 통계 처리하여 그림 6과 같이 주효과 파레토 차트(Pareto chart)를 얻었다. 그림 6에서 보여주는 것과 같이 3가지 세정방법 중 롤브러쉬 접촉 깊이가 세정력에 가장 큰 영향을 미치고 다음은 이류체 압력이며 버블 제트는 세정력에 영향이 미미함을 알 수 있다.
이론/모형
미립자 계수 (counting)는 그림 2와 같이 유리기판 표면상에 레이저 빔 (laser beam)을 조사하여 유리기판 표면에서의 산란광 및 투과광을 수광하여 표면상의 이물 및 핀홀 (pinhole)을 검출하고 또한 이물의 산란광 강도로부터 이물 입경을 판별한다. 본 연구에서는 일본 히타치사의 GI-7300 모델을 사용하여 미립자 계수를 수행하였다.
성능/효과
1) 브러쉬 (Brush) 세정은 브러쉬의 모와 유리기판과의 닿는 접촉깊이(상/하)를 크게 할수록 세정력이 뛰어난 것을 알 수 있었다.
2) 브러쉬 접촉깊이는 상/하가 2.0/0.5 mm일 때 세정력이 가장 뛰어났으며 브러쉬 모의 소모성을 고려하여 효율적인 공정조건은 접촉깊이가 1.5/0.5 mm일때 부품 안정성과 세정력을 동시에 만족한다고 볼 수 있다.
3) 버블제트 세정법은 압력조건을 변화시켜도 세정력의 유의차가 거의 발생하지 않았다.
4) 이류체 세정법은 공기/초순수 압력이 증가할수록 높은 세정력을 나타내며 미세미립자 제거에 유리한 세정 방법이라고 할 수 있다.
5) 3가지 세정방법 중 롤브러쉬 접촉 깊이가 세정력에 가장 큰 영향을 미치고 다음은 이류체 압력이며 버블 제트는 세정력에 영향이 가장 미미함을 알 수 있었다.
6) 본 논문에서 도출한 세정변수의 최적화를 통해 효율적인 세정공정 실현이 가능하며 이는 곧 생산성 및 수율향상으로 이어질 수 있다. 아울러 차세대 세정공정 및 장비개발에 토대가 될 자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
7) TFT LCD는 점점 대형화 되어가고 있으며 설비 또한 대형화되는 추세에 있다. 이처럼 설비의 크기가 커지고 있기 때문에 운송 등 장애 요인으로 인한 세정공정의 효율적인 운용이 한계점에 다다르고 있다.
롤브러쉬 세정은 견고하게 부착된 미립자 및 오염물질을 브러쉬 모를 밀착, 회전시켜 마찰력을 이용하여 미립자를 제거하는 것으로, 접족깊이가 증가하면 접촉면이 증가하고 따라서 마찰력이 증가하여 미립자 제거효율이 증가하는 것으로 판단된다. S, M, L 미립자 각각의 제거 효율은 브러쉬 접촉깊이와 상관관계를 보이지 않았으며, 미립자 초기치에 영향을 받는 것으로 판단된다.
그림 5에서는 이류체 세정의 압력별 미립자 제거 효율을 제시하였다. 기본세정 조건에서 미립자 제거는 -244개이지만 이류체 세정을 생략한 경우의 미립자 제거는 -144개로 약 40% 정도의 세정효율 감소효과가 나타났다. 또한 압력을 0.
또한 압력을 0.1 MPa ∼ 0.4 MPa로 변화시켰을 경우 압력이 증가할수록 세정력도 증가하는 경향을 보임을 알 수 있다.
브러쉬 상(上) 접촉깊이를 0.5 ∼ 2.0 mm 변위로 변화하면서 실험한 결과는 접촉깊이, 2.0/0.5 mm일 때 미립자가 가장 많이 제거되었지만 접촉 깊이가 1.0/0.5 mm 이후부터는 임계점에 도달하여 세정력의 유의차가 크게 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
두 번째 버블제트 세정은 액체와 기체를 혼합하여 수류(水流)가 미세화되고 특수노즐로 분사시켜 이물질을 제거한다. 세 번째 방법인 이류체 세정은 고압수에 기체를 혼합하여 특수노즐로 피세정물에 직접 분사하여 세정효과를 향상시키는데 특징은 두개의 공기 공급단과 초순수 공급단이 있으며 충격압력이 버블제트의 약 2배이다. 이 세정법은 높은 에너지 수류분사로 미세 미립자 (1 ∼ 3 ㎛ 미만)제거에 효과적이라고 할 수 있다.
이때 기체에서 액체로 이동되는 에너지가 부가되어 액체 에너지 단독보다 높은 에너지의 수류(水流)가 생성된다. 이것을 특수 노즐로 분사시켜 미세한 미립자 제거하는 것으로, 압력이 증가하면 유속이 증가하고 따라서 더 높은 에너지의 수류가 형성되어 미립자 제거효율이 증가하는 것으로 판단된다.
표 4와 같이 앞의 실험결과를 토대로 미립자 제거율이 높으면서 초순수 유량을 최소화할 수 있는 최적조건으로 실험을 실시하였다. 최적조건의 경우 미립자 제거는 -270 개로 기본조건의 -244 개 대비 약 11% 정도의 세정효율 증가효과를 나타내었다.
후속연구
6) 본 논문에서 도출한 세정변수의 최적화를 통해 효율적인 세정공정 실현이 가능하며 이는 곧 생산성 및 수율향상으로 이어질 수 있다. 아울러 차세대 세정공정 및 장비개발에 토대가 될 자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
버블제트 세정은 어떤 방법으로 이물질을 제거하는가?
두 번째 버블제트 세정은 액체와 기체를 혼합하여 수류(水流)가 미세화되고 특수노즐로 분사시켜 이물질을 제거한다. 세 번째 방법인 이류체 세정은 고압수에 기체를 혼합하여 특수 노즐로 피세정물에 직접 분사하여 세정효과를 향상시키는데 특징은 두개의 공기 공급단과 초순수 공급단이 있으며 충격압력이 버블제트의 약 2배이다.
TFT (Thin Film Transistor)-LCD란?
특히, LCD가 TV 시장에 진입하면서 대화면, 고해상도, 동영상 개선, 색재현율 개선, 소비전력 감소 등 여러 가지 기술적인 요구에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다[2]. TFT (Thin Film Transistor)-LCD는 대다수 정보기기의 정보표시를 나타내는 필수 장치이며 산업 발전 속도에 따라 그 응용 범위는 퍼스널 컴퓨터, 노트북, 핸드폰, TV, 게임기, 산업 기기 등 그 분야 및 활용도가 빠르게 확산되고 있다. 향후 디스플레이 시장은 응용분야가 더욱 다양해지며 정보디스플레이 시장의 다변화에 의해 전자신문 혹은 전자책 등이 적합한 전자종이 (e-paper), 휴대용에 적합한 플렉시블 (flexible) 디스플레이, 3차원 디스플레이 기술 등이 최근 주목받고 있다[3].
세정기술이 반드시 공정마다 수행되어야 하는 이유는?
이처럼 기판은 점차 대형화되고 있으며 이에 따른 제조공정의 요구조건이 보다 세밀화 되고 있다. 액정 패널의 제조공정은 유리 기판 위에 미크론 단위 (μm) 의 미세가공 처리가 반복되므로 기판에 미립자 및 유기물 등으로 오염되면 미세가공 처리에 악영향을 미치게 되고 안정된 생산라인을 구축하기 불가능해진다. 따라서 세정기술이 각 제조 공정마다 반드시 수행되어야 한다.
Mustafa Kemal Kulekci, "Processes and apparatus developments in industrial waterjet applications," International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 42, pp. 1297-1306, 2002.
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