TFT-LCD 산업은 반도체와 유사한 공정기술을 갖는 대규모 장치 산업으로 일종의 Giant Microelectronics 산업이다. 습식 에칭(Wet Etching)은 전체 TFT 공정에서 비교적 큰 비중을 차지하고 있지만 발표된 연구사례는 부족한 실정이다. 그 주요 원인은 반응이 일어나는 에칭액(Etchant) 성분이 기업의 비밀로 간주되어 외부에 발표되는 사례가 거의 없기 때문이다. 최근 대면적 LCD 제조를 위하여 사용되는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)는 습식 에칭을 진행하기에 매우 까다로운 물질이다. 저 저항성 재료인 Cu는 습식 에칭 공정에서만 가능하며 높은 속도와 낮은 실패율, 적은 소비전력으로 Al 에칭 대용으로 사용하고 있다. 그리고 에칭액으로 사용하는 과산화수소($H_2O_2$)의 이상 반응으로 추가적인 배관 및 전기적인 안전장치가 필요하다. 본 논문에서는 과산화수소의 이상 반응을 제한하지는 못하나 이상 반응 발생 시 설비의 피해를 최소화 할 수 있는 방법을 제안한다. 또한 최근에 알루미늄 에칭설비에서 구리 에칭설비로 변경하는 사례가 많아 구리 에칭설비에 대한 하드웨어 인터록을 제안하고 안전 등급이 높은 안전 PLC로 구현하여 이상 반응에 대한 대비책을 강구하는 방안을 제안한다.
TFT-LCD 산업은 반도체와 유사한 공정기술을 갖는 대규모 장치 산업으로 일종의 Giant Microelectronics 산업이다. 습식 에칭(Wet Etching)은 전체 TFT 공정에서 비교적 큰 비중을 차지하고 있지만 발표된 연구사례는 부족한 실정이다. 그 주요 원인은 반응이 일어나는 에칭액(Etchant) 성분이 기업의 비밀로 간주되어 외부에 발표되는 사례가 거의 없기 때문이다. 최근 대면적 LCD 제조를 위하여 사용되는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)는 습식 에칭을 진행하기에 매우 까다로운 물질이다. 저 저항성 재료인 Cu는 습식 에칭 공정에서만 가능하며 높은 속도와 낮은 실패율, 적은 소비전력으로 Al 에칭 대용으로 사용하고 있다. 그리고 에칭액으로 사용하는 과산화수소($H_2O_2$)의 이상 반응으로 추가적인 배관 및 전기적인 안전장치가 필요하다. 본 논문에서는 과산화수소의 이상 반응을 제한하지는 못하나 이상 반응 발생 시 설비의 피해를 최소화 할 수 있는 방법을 제안한다. 또한 최근에 알루미늄 에칭설비에서 구리 에칭설비로 변경하는 사례가 많아 구리 에칭설비에 대한 하드웨어 인터록을 제안하고 안전 등급이 높은 안전 PLC로 구현하여 이상 반응에 대한 대비책을 강구하는 방안을 제안한다.
The TFT-LCD industry is a kind of large-scale industrial Giant Microelectronics device industry and has a similar semiconductor process technology. Wet etching forms a relatively large proportion of the entire TFT process, but the number of published research papers on this topic is limited. The mai...
The TFT-LCD industry is a kind of large-scale industrial Giant Microelectronics device industry and has a similar semiconductor process technology. Wet etching forms a relatively large proportion of the entire TFT process, but the number of published research papers on this topic is limited. The main reason for this is that the components of the etchant, in which the reaction takes place, are confidential and rarely publicized. Aluminum (Al) and copper (Cu), which have been used in recent years for the manufacture of large area LCDs, are very difficult materials to process using wet etching. Cu, a low-resistance material, can only be used in the wet etching process, and is used as a substitute for Al due to its high speed etching, low failure rate, and low power consumption. Further, the abnormal reaction of hydrogen peroxide ($H_2O_2$), which is used as an etching solution, requires additional piping and electrical safety devices. This paper proposes a method of minimizing the damage to the plant in the case of adverse reactions, though it cannot limit the adverse reaction of hydrogen peroxide. In recent years, there have been many cases in which aluminum etching equipment has been changed to copper. This paper presents a countermeasure against abnormal reactions by implementing safety PLC with a high safety grade.
The TFT-LCD industry is a kind of large-scale industrial Giant Microelectronics device industry and has a similar semiconductor process technology. Wet etching forms a relatively large proportion of the entire TFT process, but the number of published research papers on this topic is limited. The main reason for this is that the components of the etchant, in which the reaction takes place, are confidential and rarely publicized. Aluminum (Al) and copper (Cu), which have been used in recent years for the manufacture of large area LCDs, are very difficult materials to process using wet etching. Cu, a low-resistance material, can only be used in the wet etching process, and is used as a substitute for Al due to its high speed etching, low failure rate, and low power consumption. Further, the abnormal reaction of hydrogen peroxide ($H_2O_2$), which is used as an etching solution, requires additional piping and electrical safety devices. This paper proposes a method of minimizing the damage to the plant in the case of adverse reactions, though it cannot limit the adverse reaction of hydrogen peroxide. In recent years, there have been many cases in which aluminum etching equipment has been changed to copper. This paper presents a countermeasure against abnormal reactions by implementing safety PLC with a high safety grade.
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문제 정의
디스플레이 산업에서 습식 에칭 공정은 필수공정으로 특히 Cu에칭 공정에 대한 안전관리 자동화의 개선요구의 중요성이 대두될 것으로 보인다. 본 논문은 PCB Board에 실장 되는 부품들의 신뢰성 확보와 중요한 제어기반의 고장 분석의 어려움을 감안하여 보다 안전등급이 높은 PLC 자동화시스템을 적용하는 방안을 제시하였다. 따라서 안전 PLC의 프로그램의 유연성으로 PCB 설계 및 제작에 있어서 50%이상의 효율성을 나타낸다.
제안 방법
2.4.1에 언급한 문제점을 해결하기 위해 안전성이 최우선으로 보장되어야 하는 시스템의 특성상 안전등급이 높은 PLC(Programmable Logic Controller) 자동화 시스템을 개발 적용하는 방안을 제안한다. Fig.
Fig. 6의 이상반응 대책을 이용하여 Fig. 7과 같이 Relay를 통한 레벨 감지 회로, 솔레노이드 밸브 구동 및 실린더 구동 등을 시퀀스 회로로 구현하였다.
제안하는 이상 반응의 대책은 동작의의 실린더가 구동되며 이루어지며 그 동작은 Tank내 약액을 Drain하여 설비 온도 안정화가 될 때까지 진행하며 온도가 안정화 되면 경보박스의 리셋버튼을 눌러 Drain Valve를 잠그게 된다. 또한 Tank와 Spray 단의 DI공급을 진행하며 Tank의 Level 센서에 의해 DI 공급량을 조절하며 에칭액 공간의 Shutter를 차단한다. 산소량의 증가로 배기관을 열어 산소 배출을 진행한다.
또한 실제 동작 공정에 맞춰 인터록 시스템을 설계하였다. 경보박스내부에 시퀀스 회로를 이용하여 습식 Cu모드에서 40℃ 이상일 경우 이상반응 대책을 강구하도록 하고 안정적인 온도인 30℃일 경우 대책을 해제한다.
본 연구에서는 H202 이상 반응에 대한 대책을 제안하고 안전등급 PLC로 구현하였다. 이상 반응이 시작하는 40℃가 되면 Alarm Box가 반응 대책으로 동작하며 이를 하드웨어적으로 구성하였다.
경보 Box의 시퀀스 회로의 이상 반응 대책 절차는 Tank와 Pipe내 온도가 40℃가 되면 센서부가 동작하여 해당 Relay가 여자 되어 이상반응에 대한 대책이 이루어진다. 제안하는 이상 반응의 대책은 동작의의 실린더가 구동되며 이루어지며 그 동작은 Tank내 약액을 Drain하여 설비 온도 안정화가 될 때까지 진행하며 온도가 안정화 되면 경보박스의 리셋버튼을 눌러 Drain Valve를 잠그게 된다. 또한 Tank와 Spray 단의 DI공급을 진행하며 Tank의 Level 센서에 의해 DI 공급량을 조절하며 에칭액 공간의 Shutter를 차단한다.
제안하는 이상반응에 대해 PLC 시스템을 제작하여 Cu 습식 에칭 공정설비에 적용하였다. Cu 에칭과 H202의 혼합 상태의 실험 대신하여 DI 상태에서 실험을 하였다.
대상 데이터
제안하는 이상반응에 대해 PLC 시스템을 제작하여 Cu 습식 에칭 공정설비에 적용하였다. Cu 에칭과 H202의 혼합 상태의 실험 대신하여 DI 상태에서 실험을 하였다. 초기 온도를 30℃이하 상태에서 히터기를 이용하여 서서히 40℃ 온도를 상승시켰으며 이상 반응 온도 40℃에서 경보 알람 발생하고 30℃로 낮추어 주는 것이다.
마스터카드의 왼쪽 부분 회로는 안전시스템의 출력부이며 우측부분은 각종 릴레이 및 센서 신호에 의한 입력부이다[8]. 주요 입력신호로는 TANK 및 Pump에 DI의 공급 신호, Auto Damper 전계 신호, Body In shower 및 Spray 배관의 DI 공급 신호, 순환 Pump 동작여부, Spray Suction 배관 DI 공급여부, Tank Body Drain 정상여부, Tank 온도 알람신호로 등으로 구성되어 있다.
이론/모형
경보박스내부에 시퀀스 회로를 이용하여 습식 Cu모드에서 40℃ 이상일 경우 이상반응 대책을 강구하도록 하고 안정적인 온도인 30℃일 경우 대책을 해제한다. 구현된 회로는 동작 실험을 위해 Fluid SIM Tool을이용하여 진행하였다. 경보 Box의 시퀀스 회로의 이상 반응 대책 절차는 Tank와 Pipe내 온도가 40℃가 되면 센서부가 동작하여 해당 Relay가 여자 되어 이상반응에 대한 대책이 이루어진다.
성능/효과
두 번째, 신호제어에 대한 신뢰성 관한 부분으로 내부 회로 전원은 SMPS를 통해 공급되고 있으며 내부 안전 신호들은 PCB Board 패턴으로 연결되어 24[Vdc] 신호 레벨로 제어동작하고 있다. LCD 공정이 정상 진행되고 있는 과정에서 이상신호로 인해 안전신호의 오동작되는 문제가 간헐적으로 발생하고 이로 인해 양산설비를 동작 중단과 양산진행 중인 LCD GLASS를 전수 폐기하는 경우도 발생한다.
후속연구
순환 Pump 동작으로 DI와 Tank내 약액을 희석 시키는 방법을 강구하였으며 설계된 방안은 시뮬레이션과 실험결과에서 그 유효성을 입증하였으며, 최근에 Al에칭에서 낮은 저항을 가진 Cu에칭으로 변경하는 사례가 많아, 제안하는 하드웨어 인터록을 적용함으로서 고가 장비의 피해를 최소화 할 수 있는 대비책으로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LCD는 무엇으로 구성되어 있는가?
정보통신기술의 급속한 발달로 언제 어디서나 대용량·고품질의 정보의 교류가 요구되는 유비쿼터스 사회가 도래함에 따라, 사람과 정보기기를 이어주는 가교 역할을 수행하는 디스플레이는 점점 더 그 중요성이 더해지고 있다. LCD(Liquid Crystal Display)는 크게 컬러 및 광량을 조절하는 LCD 패널, 전기적인 신호를 공급하는 구동부와 광원을 제공하는 BLU( Back Light Unit)으로 구성되어 있다. LCD패널은 TFT(Thin Film Transistor) Array 기판과 CF(Color Filter) 기판 사이에 대략 4～5[㎛]의 두께로 액정 물질이 채워져 있다.
습식 에칭에 대한 체계적인 연구가 부족한 이유는 무엇인가?
TFT-LCD에서 사용되는 습식 에칭(Wet Etching)은전체 TFT 공정에서 차지하는 비중이 큰 편이지만 아직 까지 체계적으로 연구된 사항이 부족하다. 그 주된 이유는 반응이 일어나는 에칭액(Etchant)의 성분이 기업의 비밀로 간주되어 외부에 발표되는 경우가 거의 없기 때문이다. 그러나 최근 표면공학 및 전기화학의 발전으로 Black Magic 으로 불리 우는 습식 에칭액 및 에칭 반응에 대한 연구가 본격적으로 진행되고 있다.
현대사회에 디스플레이가 더욱 중요해지고 있는 이유는 무엇인가?
이중 정보의 70[%]를 받아들이는 정보 전달매체인 디스플레이는 정보화 사회 구현의 핵심 기술로 등장하였다. 정보통신기술의 급속한 발달로 언제 어디서나 대용량·고품질의 정보의 교류가 요구되는 유비쿼터스 사회가 도래함에 따라, 사람과 정보기기를 이어주는 가교 역할을 수행하는 디스플레이는 점점 더 그 중요성이 더해지고 있다. LCD(Liquid Crystal Display)는 크게 컬러 및 광량을 조절하는 LCD 패널, 전기적인 신호를 공급하는 구동부와 광원을 제공하는 BLU( Back Light Unit)으로 구성되어 있다.
참고문헌 (8)
H. H .Kim, W. S. Kim, D. H. Park, K. J. Lim, "Display Engineering," p. 140, NAEHA Press, March, 2010.
E. S. Kim, D. K. Moon, J. H Seo, J. H. Lee, J. H. Jeon, H. H. Choi, S. K. Hong, Y. S. Hong, "Fundamentals of Display Engineering" Textbook, March, 2014.
H. H. Kim, H. S. Kim, S. D. Lee, D. H. Park, K. J. Lim, "Flat Panel Display Engineering," pp. 77-147, NAEHA Press,
B. H. Seo, S. H. Lee, I. S. Park, J. H. Seo, h. H. Choe, J. H. Jeon, M. P. Hong "Effect of nitric acid on wet etching behavior of Cu/Mo for TFT Application" Current Applied Physics, S262-S265, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.11.095
C. B, Park, S. J. Lee,I. S. Jang, "Comparative Study on Removal Efficiency of Fine Particles in Physical Cleaning Process in LCD Manufacturing Process," The Korea Academia-Industrial, vol. 11, no. 3, pp. 795-801, 2010
H. Kou, C. zhang, Y. Chen, X. Zhong, G. Li "Wet etching and striper characterization for H2O2 and Non-H2O2 etchant and amie ad non-amine striper fo Cu-Based TFT application" In: Proceedings of he International Display Workshops, Society for Information Display - 19th International Display Workshops, pp. 581-584, 2012, IDW/AD2012
Omron Electronics Korea, "Safety PLC : basic and practice" http://ia.omron.co.kr
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