[논문]딥핑 방식을 이용한 ITO 표면의 효율적인 포토레지스트 박리공정

김준현; 심재명; 주기태; 김용성; 정병현

doi:10.7735/ksmte.2016.25.4.281

딥핑 방식을 이용한 ITO 표면의 효율적인 포토레지스트 박리공정
An Efficient Photoresist Stripping Process on the ITO Surface Using the Dipping Method 원문보기

한국생산제조학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.25 no.4, 2016년, pp.281 - 289

김준현 (Mechanical and Automotive Engineering, Seoul National University of Science & Technology) , 심재명 (Mechanical and Automotive Engineering, Seoul National University of Science & Technology) , 주기태 (Graduate School of NID Fusing Technology, Seoul National University of Science & Technology) , 김용성 (Graduate School of NID Fusing Technology, Seoul National University of Science & Technology) , 정병현 (Eotech)

Abstract ▼ AI-Helper

Agitation is a secondary process used to increase the PR stripping force on an ITO-glass surface; it is an efficient approach to stripping during production. It activates the stripper to chemically penetrate the PR layer and assists by breaking down the physical bonding forces at the surface. In this study, different stripping tests were conducted by varying the dipping time, the composition, the strip temperature, and the stripper concentration. Optimal PR strip conditions were estimated by using comparative visual inspection of stripped sample surfaces. The stripping process was affected by changes in the moving speeds and the sample positions. It was confirmed that the stripping capability improved at a dilute stripper ratio of 20-40% and a strip temperature of $30-40^{\circ}C$ and within 60 s of strip time.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 디스플레이 패널에서 가장 많은 반복 생산 제조 공정인 PR 제거 공정을 검토하였다. Mono ethanolamine(15%)과 dihydrogen oxide(76%)가 주성분인 수계형 조성물과, 유무기 알칼리 혼합물(35%)과 dihydrogen oxide(25%)를 주로 갖는 유기계형 조성물을 사용대상으로 하여 포지티브(positive) PR층을 박리 하는 과정을 비교 분석하였다.
3과 같이 샘플을 stripper 희석액이 담긴 수조 내에서 좌우 방향으로 움직임을 주는 방식을 적용했다. 여기서 표면 가까이 유체의 경계층 흐름을 유도하여 박리표면에 물리력을 제공하여 그 민감도를 파악하고자 했다.

가설 설정

Fig. 11(c)의 중앙 부위에서도 비슷한 구배를 확인할 수 있으며 샘플의 끝단 가까이 갈수록 같은 맥락으로 현상이 크게 두드러질 것이다.

제안 방법

60초 동안 딥핑 시켜 추출된 샘플은 증류수의 세정과 N2 gas로 건조를 거쳐 육안 검사를 통하여 1차 검사하고, 전극은 550 nm 파장에서 기준치인 85% 이상의 투과도(transmittance)를 확인하기 위해 UV-visible 광투과도 측정하였다.
2처럼 패터닝 되어 있다. Fig. 2의 점선 모양처럼 절취하여 샘플을 만들었으며, stripper 원액을 10, 20, 30, 40%로 di-water로 희석시킨 용액을 4각 비커에 담고 딥핑 시간, 딥핑 온도 등의 조건을 부여하여 육안 또는 광학적 방법으로 박리상태를 검사하였다.
본 연구에서는 디스플레이 패널에서 가장 많은 반복 생산 제조 공정인 PR 제거 공정을 검토하였다. Mono ethanolamine(15%)과 dihydrogen oxide(76%)가 주성분인 수계형 조성물과, 유무기 알칼리 혼합물(35%)과 dihydrogen oxide(25%)를 주로 갖는 유기계형 조성물을 사용대상으로 하여 포지티브(positive) PR층을 박리 하는 과정을 비교 분석하였다. 또한 박리공정 효율 향상을 검토하였다.
딥핑 유지시간을 60초로 정하고 각 주요 요인별 조건으로 각각 박리한 후 추출하여 증류수만으로 세정과정을 거친 후 건조시켰다. Stripper를 전체 부피 대비로 Di water로 10%에서 10% 간격으로 최대 40%까지 희석시킨 용액을 사용하고 그리고 strip 온도를 30, 40, 50℃로 각각 적용하였다.
딥핑 유지시간을 60초로 정하고 각 주요 요인별 조건으로 각각 박리한 후 추출하여 증류수만으로 세정과정을 거친 후 건조시켰다. Stripper를 전체 부피 대비로 Di water로 10%에서 10% 간격으로 최대 40%까지 희석시킨 용액을 사용하고 그리고 strip 온도를 30, 40, 50℃로 각각 적용하였다.
Mono ethanolamine(15%)과 dihydrogen oxide(76%)가 주성분인 수계형 조성물과, 유무기 알칼리 혼합물(35%)과 dihydrogen oxide(25%)를 주로 갖는 유기계형 조성물을 사용대상으로 하여 포지티브(positive) PR층을 박리 하는 과정을 비교 분석하였다. 또한 박리공정 효율 향상을 검토하였다.
순수 딥핑 조건으로 ITO 증착된 유리 샘플에 형성된 PR층을 박리하는 동안 stripper가 침투되는 샘플 표면에 미소의 물리적인 힘을 제공하기 위해 Fig. 3과 같이 샘플을 stripper 희석액이 담긴 수조 내에서 좌우 방향으로 움직임을 주는 방식을 적용했다. 여기서 표면 가까이 유체의 경계층 흐름을 유도하여 박리표면에 물리력을 제공하여 그 민감도를 파악하고자 했다.
실험은 stripper를 증류수와 부피 대비 비율로 희석하여 농도별로 60초 딥핑 유지시간, 박리를 위한 최소 유지 strip 온도를 유지 시킨 상태에서 샘플의 위치 및 움직임별로 박리 과정을 거쳤다. 60초 동안 딥핑 시켜 추출된 샘플은 증류수의 세정과 N₂ gas로 건조를 거쳐 육안 검사를 통하여 1차 검사하고, 전극은 550 nm 파장에서 기준치인 85% 이상의 투과도(transmittance)를 확인하기 위해 UV-visible 광투과도 측정하였다.
유리 위에 증착된 ITO 투명전극 위에 형성된 PR층을 박리하는 최적 공정변수를 검토하고자 전통적인 딥핑 방법을 사용하였다. 증류수가 각각 76% 포함된 수계와 25% 포함된 유기계 박리액을 대상으로 희석비율 20% 이상, 박리온도 20-40℃, 딥핑 시간 60초 이내의 조건에서 최소 박리 가능성을 확인하였다.
소형 디스플레이 패널용 글라스에 전극패턴 형상을 위하여 사용된 PR의 박리공정은 딥 방식을 사용하였다. 이를 토대로 해당 공정 제어조건을 검토하여 최적 박리 효율 조건을 검토하였다.
조성물별로 딥핑 방법에 의한 주요 공정변수 외에 효과적인 교반의 움직임으로 박리력의 가속을 위해 제한된 크기의 수조 내의 stripper 양을 사용하여 샘플의 직선 운동성(18.17 mm/s)과 경사 위치(45°)에 따른 변화를 주어 검토하였다.
5는 간이 실험 장치와 실험의 순서를 소개하고 있다. 직선 왕복운동은 actuator (stroke 400mm)과 드라이브, 스텝모터로 구성하여 3단계 pulse에 의한 속도로 구현하였다. Stripper 용액 온도는 항온 수조를 사용하여 중탕 방식으로 일정 유지하였으며 수조 크기를 고려하여 actuator stroke는 limit 스위치로 조절했다.

대상 데이터

)로 계산처리 하였다. 그리고 해석 목적 상 사용 stripper 용액의 온도(40℃)가 상온이 아니지만 중탕으로 열적 평형이 이루어진 상태이므로 Eotech 4032의 해당 온도의 점성, 밀도 등 주요 물성 값은 측정값을 대상으로 사용하였다.

데이터처리

해석 프로그램은 Fluent를 사용하였으며, 기본적으로 연속, 운동 방정식이 사용되고 정상류 흐름으로 수렴조건은 default mode(10^-4)로 계산처리 하였다. 그리고 해석 목적 상 사용 stripper 용액의 온도(40℃)가 상온이 아니지만 중탕으로 열적 평형이 이루어진 상태이므로 Eotech 4032의 해당 온도의 점성, 밀도 등 주요 물성 값은 측정값을 대상으로 사용하였다.

이론/모형

소형 디스플레이 패널용 글라스에 전극패턴 형상을 위하여 사용된 PR의 박리공정은 딥 방식을 사용하였다. 이를 토대로 해당 공정 제어조건을 검토하여 최적 박리 효율 조건을 검토하였다.

성능/효과

그 결과 샘플 표면 가까이 접선과 법선 방향으로 이루어지는 유속의 변화량으로 stripper의 침투를 촉진시키고 전단을 돕기 때문에 PR박리의 가능성이 희석비율(20% 수준)과 박리온도(30℃) 사용 조건으로도 증대되었다. ITO 투명전극의 PR 박리공정 시 샘플의 속도, 위치각 변화에 따른 위치 그리고 수조의 크기에 따른 표면 가까이 유속의 변화량에 기인한 생산성 향성을 위한 공정 조건은 수치해석을 통해 경계층 영역 내에서 표면 가까이 존재하는 물리적 특성에 기인함을 확인하였다.
6은 Table 4의 조건들을 적용하여 ITO 위의 PR을 박리한 뒤 최종 광투과도를 확인하기 위해 UV-visible 광투과도 측정한 비교 결과이다. PR 박리를 완료 후 투명전극부를 가시광 영역인 400-780 nm 파장대에서 측정하였으며 특히 550 nm 파장의 green 영역 대에선 최소 기준인 85% 투과도 기준을 넘어서 90% 이상의 투과특성이 확보됨을 확인하였다.
17 mm/s)과 경사 위치(45°)에 따른 변화를 주어 검토하였다. 그 결과 샘플 표면 가까이 접선과 법선 방향으로 이루어지는 유속의 변화량으로 stripper의 침투를 촉진시키고 전단을 돕기 때문에 PR박리의 가능성이 희석비율(20% 수준)과 박리온도(30℃) 사용 조건으로도 증대되었다. ITO 투명전극의 PR 박리공정 시 샘플의 속도, 위치각 변화에 따른 위치 그리고 수조의 크기에 따른 표면 가까이 유속의 변화량에 기인한 생산성 향성을 위한 공정 조건은 수치해석을 통해 경계층 영역 내에서 표면 가까이 존재하는 물리적 특성에 기인함을 확인하였다.
도표를 위한 실험에서처럼 박리 자체가 불가능했던 20% 농도의 경우도 45° 경사각을 이용하여 샘플 표면 위로 유속 흐름의 변화를 주어 박리 제어 역할이 가능함을 보여준다.
실험에서 순수 딥핑 상태에서 직선 왕복 운동을 부가하여 박리를 더 활성화 할 수 있는 환경의 민감도를 확인하였다. 이 부분은 박리 과정 동안 미시적으로 stripper의 PR층 내부로 침투하여 ITO 코팅된 유리 표면으로부터 연결고리를 끊어 내는 능력이다.
유리 위에 증착된 ITO 투명전극 위에 형성된 PR층을 박리하는 최적 공정변수를 검토하고자 전통적인 딥핑 방법을 사용하였다. 증류수가 각각 76% 포함된 수계와 25% 포함된 유기계 박리액을 대상으로 희석비율 20% 이상, 박리온도 20-40℃, 딥핑 시간 60초 이내의 조건에서 최소 박리 가능성을 확인하였다.

후속연구

특히 포토레지스트 도포(PR: photoresist) → 노광(exposure) → 현상(developing) → 식각(etching) → PR 박리(stripping)로 이어지는 순환 반복 공정에는 화학소재들의 사용이 집중되어 있으며 대형화 추세에 따라 그 비중도 매우 크다^[1,2]. 또한 화학소재는 생산 라인의 특성에 민감하게 적용되기 때문에 적합한 소재의 선정과 적용 조건 등이 반드시 설계에 맞춰 이루어져야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	디스플레이 산업이 적용되는 분야는?	반도체 및 디스플레이 산업은 막대한 투자비용이 요구되는 자본 집약산업이며 전형적인 시스템 산업으로 전후방 효과가 큰 산업이다. 특히 디스플레이 산업은 휴대폰, 태블릿 PC 등 소형 모바일 기기를 비롯하여, 모니터, TV 등 중·대형 제품에 걸쳐 다양한 분야에 걸쳐 적용되고 있다.
	반도체 및 디스플레이 산업의 특징은?	반도체 및 디스플레이 산업은 막대한 투자비용이 요구되는 자본 집약산업이며 전형적인 시스템 산업으로 전후방 효과가 큰 산업이다. 특히 디스플레이 산업은 휴대폰, 태블릿 PC 등 소형 모바일 기기를 비롯하여, 모니터, TV 등 중·대형 제품에 걸쳐 다양한 분야에 걸쳐 적용되고 있다.
	박리 공정 소요시간에 차이를 가져오는 원인은 무엇인가?	PR은 자외(ultraviolet)영역에서 가시(visible)영역 파장까지의 빛에 반응하여 분해 또는 결합의 변화를 일으키게 된다. 이 때 패턴 위로 남는 PR층이 강한 결합력을 갖는 부분과 PR층을 코팅 (coating) 하는 방법 그리고 패턴 모양과 두께 등과 같은 요인들이 stripper의 PR층 내로 침투하는 단계에 영향을 줄 수 있다. 이와 같은 부분이 박리 공정 소요시간에 다소 차이를 가져오게 된다.

참고문헌 (10)

Lee, H. K., Lee, I. G., Park, M. J., Koo, K. K., Cho, Y. J., Cho, B. G., 2013, Technical Trend on the Recycling Technologies for Stripping Process. Waste Solution by the Patent and Paper Analysis, Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, 22:4 81-90.
Moon, S. H., Chai, S. H., 2010, Technical Trend on the Recycling Technologies for Stripping Process Waste Solution by the Patent and Paper Analysis, Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, 22:4 81-90.
Nakahara, H., Takeuchi, Y., Hashimoto, R., Maruyama, T., Abe, H., 2004, Photoresist Stripping Composition and Process for Stripping Resist, US Patent: 6815150.
Ikemoto, K., 2004, Photoresist Stripping Agent, US Patent: 0137379.
Ikemoto, K., Yamamoto, Y., Yoshida, H., Maruyama, T., 2006, Photoresist Stripping Composition and Cleaning Composition, US Patent: 7049275.
Choi, H. S., 2013, Photoresist Striping Compositions for Manufacturing Lcd, US Patent: 0345106.
Eotech, n.d., viewed 18 Feb. 2016, .
Choi, H. H., 2010, Co-teaching Textbook on Display Process: Understanding for the TFT-LCD Manufacturing Process, Korea Display Industry Association.
Kim, J. H., Kim, S. H., Jeong, B. H., Joo, G-T., Kim, Y. S., 2016, Green Photoresist Stripping Process with the Influence of Free Surface from Dip Withdrawal, Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, 25:1 14-20.

원문보기 상세보기
Stokes, G. G., 1901, On the Effect of the Integral Friction of Fluids on the Motion Penduluns, Transactions of the Cambridge Philosophical Society, IX, 8 (1851): Math. and Phys, Paper, Cambridge, III, 1-141.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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