AMOLED Business Team, J. H. Kwon, 2006. 2. 10 OLED 向 LTPS TFT 공정의세정 - 槪略및紹介및 -.. Samsung SDI, 권정현 True Leader in Digital World
Device 別세정비교 1/3 Subj. Semiconductor Process Flat Panel Display Process 1. 세정의대상 2. 세정 chemical 3. 세정목적 4. 반송단위 Wafer. ~ 300 mm dia. SC1, SC 2, SPM.. RCA cleaning.. Acid & Base Mixture Organics, Metal, Particle, Oxide 약 25 매 /lot, Carrier. (process) Glass, ~ 1870*2200 mm (7 th G) 300 * 400 ( 1 st G) Detergent, THAM, 電解水 Organics, Particle, Water Marks, Metal, Oxide 1 매, 연속반송 (process) 5. 세정방식 Dip, Bath Shower, Spray 6. 세정 TAT 7. 기타 약 10 분 /each bath 1 min under/1 매, chamber 연속반송 1000 ~ 8000 mm/min 얼룩 (Water Marks)
Device 別세정비교 2/3 Process Index * The International Technology Roadmap for Semiconductors ; 2001 ** Display 2002 10 월호 Semiconductor* a-si TFT** LTPS TFT (EL) Spec. Process Spec. Process Spec. Process 1. Particle Size 40 nm SC1 > 1 μm Detergent > 1 μm Detergent & number 0.15 μm Sonic Tool 0.04ea/cm2 Brush 0.015ea/cm2 Brush 80 nm 선폭 Brush Sonic Tool Sub μm! Sonic Tool Spray Tool Spray Tool 2. Metal Conc. < 5E+9 atoms/cm2 SC2 - ~ 1E+13 - - ~ 1E+11 Ozonized Water 3. Carbon (Organics) 1.3E+13 atoms/cm2 SC1 SPM EUV/O3 C/A < 10 도 UV/EUV C/A < 10 도 UV/EUV Ozonized Water 4. Oxide 完全除去 BOE - - 完全除去 DHF DHF
Device 別세정비교 3/3 Gen. 7 1870*2200 LTPS _ MAX Gen. 4 730*920 12 W f 300 mm Gen. 1 300*400
Semiconductor 세정예시 H 2 SO 4 /H 2 O 2 (SPM) 4:1 유기물 120~150 C 오존수대체가능 온초순수 Rinse 80~90 C 초순수 Rinse 실온 초순수 Rinse 실온 DHF 0.5% Chemical Oxide HCl/H 2 O 2 /H 2 O (HPM) 1:1:6 금속 80~90 C 초순수 Rinse 실온 오존수대체가능 초순수 Rinse 실온 NH 4 OH/H 2 O 2 /H 2 O (APM) 0.05:1:5 입자 80~90 C DHF 0.5% Chemical Oxide 수소수대체가능 초순수 Rinse 실온 초순수 Rinse 실온
FPD 세정예시 E/V Brush 2F EUV Shower Tool -Sonic Tool -Spray Tool 1F Air Knife
유기물세정 유기물? - 홑원소물질인탄소, 산화탄소, 금속의탄산염, 시안화물 탄화물등을제외한탄소화합물의총칭. 사용가능한 Tool - UV/EUV, Ozonized Water, Atmosphere Plasma, Detergent, Sulfuric Acid Mixture Contact Angle(Water : 115 ) Circle(Hydrophobic area) IAE Logo(Hydrophobic)
유기물세정 _ UV/EUV 1/4 EUV Lamps
유기물세정 _ UV/EUV 2/4 Excimer UV Cleaning 172 nm O+O O 2 O 172 nm 2 O 172 nm 3 O 2 +O 172 nm O C m H n O k C* m H* n O* k CO, CO 2, H 2 O Low Pressure UV Cleaning O 185 nm 2 O 254 nm 3 O 2 +O 185,254 nm O C m H n O k C* m H* n O* k CO, CO 2, H 2 O
유기물세정 _ UV/EUV 3/4 UV Energy & Bonding Energy Gas Energy (nm, KJ/Mole) F 2 154, 778 Xe 172, 695 ArF 193, 619 KrF 248, 485 Hg lamp (Mercury) Wave Length Energy 365 nm 327.7 253.7 nm 471.5 184.9 647 Bond Energy (KJ/Mole) C-C 347.7 C=C 607.0 C-H 413.4 C-O 351.5 O-O 138.9 O=O 490.4 O-H 462.8 Si-O 369.0
유기물세정 _ UV/EUV 4/4 Ex) Cleaning Effect of UV (172nm) Contact Angle ( o ) 60 50 40 30 20 10 0 I 50.9 46.6 23.5 13.5 4 2.6 0 3 7 10 13 15 Irradiation Time (sec)
유기물세정 _ Ozonized Water 1/3 오존수? - 초순수 (Ultra Pure Water) 내에 O3 ( 오존가스 ) 을강제로용해하여사용되는일종의機能水 (Functional Water) 세정원리 - UV/EUV 의기전과동일하게 O3 을사용하나, 수용액내에서이루어져건조전에공정가능하고접촉반응시간이길다. - 설비내에서주로 shower nozzle 을채택하며, SDI 에서는 20 ppm 이상에서 P/R 잔막제거효과를기대하고있다.
유기물세정 _ Ozonized Water 2/3 오존수발생방식 _ 수전해 수전해방식 DI Water 전기분해 DI Water DI Water 전기분해된 DI Water 외에 O2, O3, H2 가스발생 1 차직접수 (2 조식방법 ) O3, H2 가스 O3, H2 가스추출 전기분해된 DIW Anode 수 Cathode 수 수소가스용해 Module 수소 가스 전원 오존가스용해 Module + 오존 가스 DI Water 에용해 1 차직접수 Encap. 전세정기에 음극 초순수 양극 오존수, 수소수 2 차간접수, PP Line 에적용 적용 원료용 초순수 2 차간접수 고체고분자 전해질
유기물세정 _ Ozonized Water 3/3 오존수발생방식 _ Plasma 방전방전방식 O2 를 Ozone Generator 에서분해 방전방식기본원리 O2 Gas 및 O3 Gas 발생 O2 Gas 배기 O3 Gas 추출 DI Water IN Static Mixer 에서용해 잔류 O3 Gas 배기 오존수 Wafer 적용 (11, 12 Line) O3 Generator 내부구조
유기물세정 _ 상압플라즈마 진공플라즈마 ( 고가, 고온, 밀폐식 ) 열플라즈마 - 아크방식 ( 초고온, 고전압 : 용융코팅에사용 ) FPD 用구성 High Voltage Power Supply Display Panel (PDP or LCD) Dielectric Materials Atmospheric Plasma High Voltage Electrode Feeding Roller 코로나방전 Ground Electrode ( 고전압, 낮은효율 ) Feeding Roller 상압플라즈마 ( 저온, 개방식 )
유기물세정 _ 세정기구비교 상대비교 세정기구 UV Pla sm a Ozonated Water Chemical Agent UV ( 抵壓 ) EUV Va c uum Pla sma Atmoph. Pla sma 1. 세정방식 Dry Wet Wet Dry 2. 세정능력 ( 추정 ) 3. 공정편이성 / 기술성숙도 4. 발생폐기물처리편이성 5. FPD Size 확장성 (4G 이하범용 ) (5 G 이하범용 6, 7 G 개발중 ) 세정용 FPD 설비없음 6 세대이후개발중 6. 설치 spa c e/ 생산성 7. 초기투자비용 ( 추정 ) 8. 운용비용 ( 추정 ) 9. Comment 성숙되고안정된기술이나, 최근대형 gla ss 대응혹은짧은 TAT 대응에한계를가짐. 고출력 EUV 의경우는 1000hr 정도의수명때문에 la mp 교환비용이많이드는것이부담이됨. 유기잔막에대한뛰어난세정력과 Wet 방식임에도폐기물이없다는점, 금속오염관리가가능한점이부각되나, 금속기판에적용하기어려운한계가있음. 유기물과 pa rtic le 제거의전통적방법이나재오염이나공정실구성의한계, 금속오염등의문제로최근엔사용빈도가낮음. 반도체에서주로쓰이고 Dry Etc h 전후에일부사용되나세정목적으로 FPD 공정에사용되는일은거의없음. 세정능력및비용면이전혀검증되지않았으나 6 세대이상의공정기판에서 EUV 의대체품으로일본과한국에서개발이활기를띔.
Particle 세정 _ 타당성 유기 EL 층 S/D 전극 평탄화막 스토리지제 2 전극 (ITO) 제 1 층간절연막제 2 층간절연막 화소전극 (ITO) ~5 micro Interface Status 스토리지제 1 전극게이트메탈 스토리지캡 -. Pattern 불량 / 소실 -. TFT 특성이상 -. 신뢰성이상 -. 소자동작불량 -...
Particle 세정 _ Wet Tools Particle 은목적하는 Device Device에따라따라 Size Size 가결정되고이에이에따라따라무수히무수히많은세정세정tool 이선택선택 // 사용된다.. -. -. Brush Brush -. -. Sonics Sonics (Megasonic, Ultrasonic.) -. -. Cavitations. -. -. High High Pressure Shower, -. -. Over Over Critical, CO2 CO2 Iced,
Particle 세정 _ Ex) Sonics Ultra Sonic Cleaning Mega Sonic Cleaning DI, Particle 발진자 DI Cover Particle 발진자 Substrate Particle Substrate
Particle 세정 _ 제타전위 (ξ) - 고정층 (Stern층) : 입자의표면이전기를띠게되면반대전기를가진이온들이입자표면에끌려오게된다. 이이온들은정전기적인힘과분자간힘에의해계속붙어있게되는데이이온의층을말한다. - 입자를전해질용액에넣고전류를통과시키면표면전하에의하여입자는어느한쪽전극으로끌려가게되는데, 이때입자주위에붙어있는이온들도함께끌려간다. 이때어느지점에서끌려가지않는면과미끌어지는전단면이생기게되는데, 이면을전단표면이라고하고이전단표면의전위를계면동전위, 제타전위라고한다. 전단표면 ( 제타전위측정면 ) + - + + - - + - - + + + + - - - + + - - - - + - + + 미 + - + -- + - 립 - 자 + + + + + + + + - - + - + - - ---- - + - + - 수용액중에서 확산전기이중층 = 0V 고정층 (Stern 층 ) 수소수 ph = 7 수소수 ph = 9.3 Al2O3 (ξ = +) 引力 SiO2 (ξ = - ) 기판표면 (ξ = -) 反發力 Al2O3 (ξ = +) 反發力 SiO2 (ξ = - ) 反發力 기판표면 (ξ = -)
Particle 세정 _ 검증 (1/4) 예시 ) Particle Counter 5000 4500 4000 Particle 3500 3000 2500 2000 1500 1000 y = 66.46e 0.1591x T 社 H 社 y = 53.693e 0.149x 500 0 0 5 10 15 20 25 30 Sample
Particle 세정 _ 검증 (2/4) Pixel Metal Bright field 의이미지변환사진 Bright field 원본사진 약 0.4um 의 Particle Dark/Bright field 의이미지변환사진
Particle 세정 _ 검증 (3/4) Trans/dark field 변환사진 dark field 변환사진
Particle 세정 _ 검증 (4/4) 종래 AOI 개발검토 AOI polarizer R, G, B LED 광원 polarizer retarder 렌즈 (CCD) Target(FPD) Target(FPD) 원리 : 기판에특정방향 (ellipsometer) 으로편광된빛을입사시키고이에반사된빛을다시특정방향으로편광시켜패턴부와불량부위의계조차이에의해 defect 검사검출능력 : 최소 1um 이상 particle 검사특징 : 편광필터를이용해광학적으로계조차이를극대화하여측정함 -> 검출된 defect 의실상 review ellipsometer 방식으로측정함. 장점 : 현재 FPD 계에서는충분히검증된설비. 단점 : 현광학계및 S/W 수준으로는 sub_micron 측정불가능하고, 진동관련 spec. 이매우까다로움. 원리 : 기판에 spot 성광원을입사시키고, 렌즈를통해촬영된이미지를 S/W 적인방법에의해패턴부와불량부위의계조차이를임의적으로크게변경하여 defect 검사. 검출능력 : 1um 이하 Sub_micron particle 측정가능특징 : dark /bright field 를이용하여 defect 를측정하며, S/W 를통해이미지변환과정을거침 -> Sub_micron particle 의실상 rewiew 불가능. 장점 : strobe 광원 (20umsec) 을사용하여측정함으로진동관련하여대응이쉽다. 단점 : 개발설비로시장에서검증되지않음.
복합세정 _ O3/HF 세정 O3 water / HF Cleaning Oxide 유기물 O3 Water Shower Metal a-/p-si Substrate HF Shower 유기물, Particle, Metal 제거 자연산화막및금속오염물제거
Defects 例示 1/4 Water Marks
Defects 例示 2/4 Damage on Film
Defects 例示 3/4 1um Sub micron particle
Defects 例示 4/4
Issue on process Issue s on Machine 1. Cost Down Utility 量최소화 Chemical 최소화 (Functional Water 대체 ) 2. Size, Space Mother glass size 대형화에따른설비 size 최적화 3. TAT Production Speed/Capacity와직접적인관련. (Turn Around Time) Issue s on Process 1. Process Ability 관리 particle size down에세정process 확보 ; sub-micro particle 관리체제不在. ; 市場의 SOG 요구에따른공정요구靜度상승. ; 반도체수준의대면적세정 process의기준정립필요. 2. Process Speed Process Speed 증가에따른세정 tool optimize Vs. Damage 필요. 현재 damage와 speed와 trade-off 관계