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  1. 2013.04.09 TFT 어레이 제조 공정

 

 

TFT-Array를 형성하는 공정은 Silicon 반도체 제조공정과 매우 유사한데, 백라이트에서 나오는 빛이 투과를 해야 하므로 기판으로 유리를 사용한다는 점이 반도체에서 웨이퍼를 사용하는 것과 다른 점이며, 유리를 사용하기 때문에 반도체 공정처럼 고온 공정을 사용할 수 없으므로 저온(500도 이하) 공정만이 사용되고 있습니다.
TFT-LCD는 세정, 박막의 증착, 사진식각 공정을 반복적으로 사용하여 원하는 모양을 유리 기판 위에 만들어 나가는 것입니다. TFT-LCD 제품 특성의 최적화는 단위 공정 들이 최적화를 바탕으로 상호 조화롭게 통합될 때 이루어질 수 있으므로 단위 공정의 안정과 개발에 많은 노력을 기울여야 합니다.


세정 공정(cleaning)
LCD는 기판이나 공정 중에 만들어진 막 표면의 오염물을 제거하여 불량이 발생하지 않도록 하기 위해 세정공정을 하게 되는데, 그 결과로 증착될 박막의 접착력 강화와 TFT 특성 향상효과도 나타나게 됩니다. 오염물로는 트랜지스터의 특성과 신뢰성 등에 나쁜 영향을 미치는 Na+, K+, Al 등의 금속, 유기, 무기 물질이 해당됩니다. 세정 공정은 물로만 하는 물 세정부터, 물리적으로 솔을 이용하여 물리적 압력으로 오염물을 제거하거나, 유기물 제거에 용이한 화학 물질을 이용한 유기 세정, UV/오존 등으로 유기물을 산화시키는 방법 등 여러 가지가 있는데, 세정 대상이 될 물질이나 공정에서 요구되어지는 상황에 따라 알맞는 세정방법을 선택하여 진행하게 됩니다. 넓은 의미에서는 etching공정 후의 감광막 제거공정도 세정공정에 포함시킬 수 있습니다.


박막 형성 공정(증착(deposition) 공정)
트랜지스터를 만들기 위해서는 반도체, 금속 전극, 투명 전극, 절연막이 모두 필요하다. 금속막 및 투명전극의 경우 스퍼터링 방법을, Silicon 및 절연막은 CVD(Chemical Vapor Deposion)방법을 주로 사용합니다. 스퍼터링 방법은 박막을 입히고자 하는 기판과 박막으로 만들고자 하는 물질의 덩어리인 타겟을 밀폐된 공간에 넣고, 타겟에 물리적인 충격을 가할 때 튀어 나오는 입자가 기판에 달라붙어 막을 이루도록 하는 물리적인 증착 방법입니다. 따라서 알루미늄을 글래스 위에 증착하기 위해서는 알루미늄 타겟을 사용하고 크롬을 증착하기 위해서는 크롬 타겟을 이용하게 됩니다. 스퍼터링은 고전압이 인가된 타겟과 Anode 전극 사이에 Ar Gas를 주입하고, Plasma 방전을 이용하여 가속시킨  Ar+가 타겟 금속 표면에 있는 원자를 떼어내고, 이를 박막으로 성장시키는 절차로 이루어집니다.
CVD는 화학 기상 증착으로 반응 기체가 반응기 내에 공급되는 열, 플라즈마등의 에너지원에 의해 활성화된 후 기판 위에서 화학적으로 반응하여 안정된 박막이 형성, 성장하는 원리입니다. 반응 기체를 다르게 함에 따라 원하는 박막을 기판 위에 얻을 수 있습니다.


패턴 형성 공정(lithography)
LCD가 원하는 기능을 수행할 수 있도록 하기 위해 박막 위에 원하는 패턴을 형성하는 과정을 말합니다. 주로 사진석판기술이라고 하는 Photo-lithography 기술을 이용하게 되는데, 이는 마스크에 그려진 패턴대로 박막이 남거나, 또는 그 부분만 제거되도록 하는 과정으로, 감광액 도포(Photo Resist(PR) Coating), 정렬 및 노광(Align & Exposure), 현상(Develop)이 주요 공정입니다.
PR을 중앙 부위에서 뿌리면서 기판을 고속으로 회전시키는 방식으로 일정 두께의 막을 기판 위에 막을 입힌 후 마스트를 통해 빛을 비춘 후 현상을 하면, 빛을 받은 부분, 또는 빛을 받지 않은 부분이 현상액과 반응을 일으키면서 패턴이 형성됩니다. 여기서는 빛을 받은 PR부분이 박막 위에 남아 있는 패턴을 대상으로 해서 설명하도록 합니다.


식각 공정(Etching)
박막 중에서 PR로 만들어진 패턴 아래 있는 박막 부분만 남기고 나머지 부분을 물리적, 화학적인 반응을 이용하여 제거하는 공정입니다. 식각 공정에는 Gas Plasma가 사용 되는 건식 식각과 화학용액을 이용하는 습식 식각방법이 있습니다. 건식 식각 공정은 플라즈마를 이용하여 높은 활성도의 반응 기체를 만들어 이것으로 박막을 식각하는 공정이며, 습식 식각 공정은 질산, 황산, 초산, 인산, 왕수, H2O 등을 적당 비율로 섞은 용액으로 알루미늄, 크롬, ITO 등을 선택적으로 제거하는 공정입니다.
식각 공정이 완료된 후에는 패턴모양으로 남아 있는 박막 위의 PR을 제거하는 PR Strip 공정이 이루어 집니다. PR strip에 사용되는 화학 용액은 황산과 과산화수를 혼합하여 이용합니다. 이 용액은 강산화제를 형성하여 유기물인 PR과 반응하면서 분해시킵니다.


종합 공정
위에서 설명한 각 단위 공정을 반복적으로 진행하여 TFT에 필요한 게이트 전극, 데이타 전극, 반도체, 보호막, 화소 전극 패턴을 형성할 수 있습니다. 게이트나 데이터 전극은 알루미늄, 크롬, 몰리브데늄, 텅스텐 등이 이용되며 저항이 낮을수록 좋지만 스트레스나 hill-lock, 식각 등을 고려하여 물질을 선택합니다. 화소 전극은 투명하며 전도성을 가지고 있어야 하므로 ITO(Indiuum Tin Oxide)가 주로 사용되어 왔으며, 최근에는 IZO(Indiuum Zink Oxide)도 많이 사용되고 있습니다. 게이트 절연막이나, 보호막은 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막이 이용되고, 반도체막은 아몰퍼스 실리콘을 사용하느냐, 다결정 실리콘을 사용하느냐에 따라 공정과 특성이 많이 달라집니다.


검사
TFT-LCD의 제조 공정에서 단위 공정의 완성도를 확인하거나, 제품의 전기적, 광학적 특성을 측정하는 작업은 불량 여부의 원인 규명과 제품 특성의 이해 및 개선에 기여함은 물론, 생산비 절감과 품질 향상을 추구할 수 있는 기회를 제공하므로 각 단위 공정의 진행 후, 검사 및 Test 기술이 매우 중요합니다. 검사 공정은 크게 박막의 증착 두께 및 식각 두께의 평가, 패턴 형성확인, 전기적 특성 평가 등이 있습니다.

 

 

 

 

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