KR20060080088A - 알루미늄 식각액의 관리방법 및 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평판디스플레이의 제조공정 중 Al 식각액의 산성 농도를 분석하고 이를 실시간으로 체크하여 관리할 수 있는 Al 식각액의 관리방법과, 상기 Al 식각액의 농도를 자동으로 실시간 관리할 수 있는 Al 식각액의 관리 시스템에 관한 것으로서, 이는 평판디스플레이의 제조공정 중에 사용되는 Al 식각액의 관리방법에 있어서, 분석대상이 되는 상기 Al 식각액의 시료를 상기의 공급파이프에서 채취하여 반응용기에 유입시키는 단계와, 상기 Al 식각액 중의 혼산을 각각 분리하기 위하여 각각의 유기용매를 상기의 반응용기에 첨가하는 단계와, 상기 Al 식각액의 분리된 산을 각각의 분석시약에 의해 중화적정하여 분석하는 단계와, 그리고 분석 완료된 Al 식각액을 배출하고 사용된 기기를 세척하여 마무리하는 단계를 포함하고 있다. 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법 및 관리 시스템을 이용할 경우, Al 식각액의 농도를 정확하게 측정할 수 있고, 그 교체시기를 정확하게 판단할 수 있으므로, Al 식각액의 사용량 감소와 재료비 절감을 도모할 수 있다.
Al 식각, 평판 디스플레이, 중화적정, 전극재료, 혼산
Description
도 1은 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법 및 그 장치가 전자부품의 제조공정에서 사용되고 있는 모습을 개략적으로 도시한 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 Al 식각액의 구성성분을 분석하고 이를 관리하기 위한 관리 시스템(100)에 관한 개략도.
도 3a에서 도 3e는 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법을 실시할 경우 각 실시예에 따른 실험결과를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: Al 식각액의 관리 시스템
110: 메인 컴퓨터 112: 제어부
120, 122: 주사기 펌프 130 : 분기 라인
140, 142: pH 전극 150, 152: 측정 용기
154, 156: 드레인 펌프 160, 162: 용매 공급 펌프
164, 166: 탈이온수 공급 펌프 170, 172: 전자 피펫
180, 182: 식각액 공급 펌프 190, 192: 교반기
본 발명은 평판디스플레이의 제조공정 중 알루미늄(Al) 식각액의 산성 농도를 분석하고 이를 토대로 하여 실제 공정상의 적정상태를 실시간으로 체크하여 관리할 수 있는 Al 식각액의 관리방법과 상기 Al 식각액의 농도를 자동으로 실시간 관리할 수 있는 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 알루미늄(Al 또는 Al 합금, 이하 Al)은 평판 디스플레이 제조에 널리 사용되어지는 전극재료로서, 이러한 Al을 사용하여 원하는 형태의 전극 패턴 형성을 위해서는 Al 식각 공정을 반드시 진행해야 하며, 이는 크게 습식 식각공정과 건식 식각공정으로 분류된다.
그 중에서 상기 Al의 습식 식각공정은 주성분이 인산, 초산, 질산이 공존하는 혼합물에 의해 진행되고 있다. 일반적으로 Al 식각액은 대략 인산 60~80%, 질산 1~10 %, 초산 2~15% 정도이고, 나머지 성분은 탈이온수(DI Water), 혹은 탈이온수(DI Water)와 소량의 첨가제(계면활성제)로 이루어져 있다.
오늘날 대부분의 전자산업 분야에서 Al의 식각방식은 상기의 습식 식각공정으로 진행되고 있다. 이때, 상기 알루미늄 식각액은 평판 디스플레이 제조공정이 진행되어 가면서 점차적으로 그 주성분인 인산, 초산, 질산 등의 농도가 낮아지게 되고, 임계점에 이르렀을 경우 알루미늄 식각공정에 부정적인 영향을 미치게 되므로, 부정적인 영향을 미치기 이전에 새로운 식각액으로 교환하여 사용되어야 한다.
그런데, 상기 Al 식각액(화학약품)의 비용이 평판 디스플레이의 전체 제조공 정 중에서 차지하는 비중이 지대하므로, 그 사용량을 감소시키기 위한 노력이 반드시 선행되어야 하며, 각 제조사들도 이러한 현실을 인지하고 있는 실정이다. 각 제조사들은 자체적인 약액 관리기준과 분석법을 이용하여 Al 식각액의 상태를 관리하고, 약액 소모량을 감소시키려는 노력을 하고 있다.
현재, 각 제조사들이 Al 식각액의 상태를 측정하는 방식은 대체적으로 직접 방식과 간접방식으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 직접방식으로는 Al 식각액의 구성성분인 인산, 초산, 질산 등의 농도를 AA법(원자흡광분도법) 또는 IC법(Ion Chromatography) 등을 이용하여 직접적으로 측정하는 것을 예시할 수 있고, 간접방식으로는 식각액의 전류(I) vs 전압(V)등의 관계, ORP(Oxidation Reduction Potential), NIR(Near Infrared Radiation)등의 간접적인 방법으로 액의 노화도 등을 판단하는 것을 예시할 수 있다.
그러나, 상기의 직접적인 방법은 장비의 가격이 고가일 뿐 아니라 실험실 단위의 일회성 분석에 그칠 수 있어 실제 공정라인의 상태를 즉각 반영할 수 없다는 단점이 있으며, 상기의 간접적인 분석법은 Al 식각액의 주성분인 인산, 초산, 질산의 실제 상태를 알 수 없고, 단지 액의 전체적인 노화도 만을 파악할 수 있다는 단점이 있다.
이처럼, 작업현장의 작업자는 Al 식각액의 상태를 제대로 파악할 수 없기 때문에, Al 식각액을 아직도 계속 사용할 수 있을 정도로 양호함에도 불구하고 내부 작업지침에 의해 일정 매수 혹은 일정 시간이 지나면 제조공정 내의 식각액을 전부 새로운 식각액으로 교체하고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 각 제조사들은 Al 식각액의 관리를 용이하게 하고, 액 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 시스템을 요구하고 있는 시점이다. Al 식각액의 구성성분인 질산, 인산, 초산의 상태를 정확하게 확인할 수 있다면, 식각액의 사용시간도 보다 늘어날 수 있고 그에 따라 액 사용량도 크게 감소시킬 수 있기 때문이다.
이와 같이, 종래에 통상적으로 수행되고 있는 일부 제조사의 작업 기준과 방법은 Al 식각액의 상태를 개략적으로 파악하고 있을 뿐이고, 식각액의 정확한 상태를 파악하지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 평판디스플레이의 제조공정에서 사용되는 Al 식각액의 주성분인 인산, 초산, 질산 등의 농도를 정량적으로 분석할 수 있고 실제 공정라인의 상태를 반영하여 그 적정상태를 실시간으로 자동적으로 체크하여 관리할 수 있는 Al 식각액의 관리방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 상기의 Al 식각액을 실시간으로 실제의 공정을 실시간으로 관리할 수 있는 관리 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 평판디스플레이의 제조공정 중 알루미늄(Al) 식각액의 산성 농도를 분석하고 이를 토대로 하여 실제 공정상의 적정상태를 실시간으로 체크하여 관리할 수 있는 Al 식각액의 관리방법과, 상기 Al 식각액의 농도를 자동으로 실시간 관리할 수 있는 관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 방법은 공급용 탱크에서 식각액 공급파이 프를 통하여 배쓰에 공급되어지고, 상기 배쓰에서 소정의 회로기판을 식각한 다음, 식각액 배출파이프를 통하여 다시 상기의 공급용 탱크로 되돌아오게 되는 Al 식각액의 관리방법에 있어서, 분석대상이 되는 상기 Al 식각액의 시료를 상기의 공급파이프에서 채취하여 반응용기에 유입시키는 단계와, 상기 Al 식각액 중의 혼산을 각각 분리하기 위하여 각각의 유기용매를 상기의 반응용기에 첨가하는 단계와, 상기 Al 식각액의 분리된 산을 각각의 분석시약에 의해 중화적정하여 분석하는 단계와, 그리고 분석 완료된 Al 식각액을 배출하고 사용된 기기를 세척하여 마무리하는 단계를 포함하고 있다. 본 발명에 있어서, 상기 Al 식각액은 각 산의 반응 및 분석을 동시에 행할 수도 있고, 이를 순차적으로 행할 수도 있지만, 작업의 효율성을 고려할 때 동시에 행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 시스템은 공급용 탱크에서 식각액 공급파이프를 통하여 배쓰에 공급되어지고, 상기 배쓰에서 소정의 회로기판을 식각한 다음, 식각액 배출파이프를 통하여 다시 상기의 공급용 탱크로 되돌아오게 되는 시스템에 있어서, 상기의 식각액 공급파이프에서 Al 식각액을 채취하는 분기 라인(130)과 상기 식각액을 측정용기(150)(152)로 공급해주는 펌프(180)(182)와 상기 식각액의 공급량을 정밀하게 측정하는 전자피펫(170)(172)으로 구성된 식각액 공급수단과; 상기 Al 식각액의 혼산을 분리시키기 위하여 상기 측정용기(150)(152)에 유기용매를 공급하는 용매공급 펌프와, 상기 Al 식각액의 혼산을 중화적정시키기 위하여 상기 측정용기(150)(152)에 분석시약을 공급하는 주사기 펌프와, 상기 Al 식각액의 중화적정 후 상기 측정용기(152)(152)를 세척하기 위해 탈이온수를 공급 하는 세척수 공급펌프로 구성된 펌핑수단과; 상기 Al 식각액을 유입시키고 그 반응을 위하여 소정의 용량을 가진 측정용기와, 상기 측정용기 내부의 용액을 서로 혼합시키기 위한 교반기와, 상기 측정용기 내부의 Al 식각액의 pH 값을 실시간으로 측정하여 메인 컴퓨터로 전송하는 pH 전극으로 구성된 pH 측정수단과; 상기 측정용기 내부의 용액을 배출시키는 드레인 펌프로 구성된 배출수단과; 상기의 식각액 공급수단과 펌핑수단과 pH 측정수단과 배출수단을 제어함과 동시에 상기 Al 식각액의 중화적정 반응에 따라 실시간으로 질산과 인산 및 초산의 농도 값을 산출하는 메인 컴퓨터를 포함하고 있다.
본 발명에 있어서, 상기의 측정용기는 소정의 용량을 가진 비이커를 사용할 수 있고, 상기의 교반기는 상기 비이커의 내부에 설치된 프로펠러이거나 마그네틱 바를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면 및 구체적인 실시예에 의거하여, 보다 상세하게 설명한다. 다만, 첨부된 도면 및 실시예는 본 발명의 기술사상을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아님은 당연하다.
도 1은 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법 및 그 장치가 전자부품의 제조공정에서 사용되고 있는 모습을 개략적으로 도시한 개념도이다.
통상적으로, Al 식각액은 공급용 탱크(20)에서 식각액 공급파이프(30)를 통하여 배쓰(40)에 공급되어지고, 상기 배쓰(40)에서 소정의 회로기판을 식각한 다음, 식각액 배출파이프(50)를 통하여 다시 상기의 공급용 탱크(20)로 되돌아오게 된다. 이때, 상기의 식각액 공급파이프(30)에서 상기 배쓰(40)에 공급되는 Al 식각액의 농도가 전자제품의 식각 여부에 직접적인 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Al 식각액의 농도가 부정적인 영향을 미치게 되는지의 여부를 판단하기 위하여, 상기의 식각액 공급파이프(30)에서 분기된 라인(130)을 설정한다. 평상시에 Al 식각액은 공급용 탱크(20)와 배쓰(40) 사이의 식각액 공급 파이프(30)를 통해 일정 시간 간격으로 항시 순환되며, 식각액 공급파이프(30)의 중간에 분기된 라인(130)을 통해 유입된 식각액은 본 시스템(100)을 거쳐 다시 공급용 탱크(20)로 유입된다. 분석 시 식각액 샘플을 채취할 때에는 메인 컴퓨터(110)의 신호에 의해 시스템(100)을 거쳐 흐르는 식각액 중 일부를 필요한 양 만큼 샘플링 하게 된다. 탱크(20)와 배쓰(40) 및 시스템(100)간의 Al 식각액 순환은 항시 발생하므로, 분석되는 시료는 배쓰(40) 혹은 탱크(20)의 식각액 상태를 그대로 반영한다.
도 2는 본 발명에 의한 Al 식각액의 구성성분을 분석하고 이를 관리하기 위한 시스템(100)을 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 방법 및 관리 시스템을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
1. 식각액의 시료를 유입시키는 단계.
도 2에서 분석대상인 Al 식각액이 순환되는 과정에서, 작업자가 미리 메인 컴퓨터(110)에 설정해 둔 식각액의 유입 주기에 의하여, 식각액 공급파이프(30)에서 분기라인(130)으로 유입되어진다. 상기 분기라인(130)으로 유입되어진 Al 식각액은 펌프(180)를 통하여 비이커(150)에 유입되어지게 된다. 이때 Al 식각액의 분 입석의 정밀성과 재현성 및 신뢰성을 위하여 전자피펫(170)을 이용하여 그 유입량을 정확하게 계량하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 Al 식각액의 유입 주기 및 유입량은 다수의 실험결과에 의하여 결정될 수 있으며, 이는 Al 식각액의 분석을 위하여 필요한 다수의 요인에 의하여 구체적으로 결정되어지게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 Al 식각액을 분석하기 위하여, 동일한 시료를 2개의 별개의 라인으로 분리하여 각각 분석을 행하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 상기 Al 식각액 중의 질산의 농도를 분석하기 위하여 식각액 공급파이프(130)에서 펌프(180)와 전자피펫(170)을 통하여 비이커(150)에 공급하는 반면에, 상기 Al 식각액 중의 인산 및 초산의 농도를 분석하기 위하여 상기 식각액 공급파이프(130)에서 펌프(182)와 전자피펫(172)을 통하여 비이커(152)에 공급하는 것이 바람직하다. 상기 Al 식각액을 각각 별도의 라인으로 분석하는 이유는 아래에서 구체적으로 밝혀지게 될 것이다.
2. 유기용매의 첨가단계.
본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 시스템(100)은 Al 식각액을 분석하기 위하여, 질산용 유기용매와 인산 및 초산용 유기용매를 각각 달리하여 첨가한다. 본 발명에 있어서, 질산용 유기용매로서는 에탄올, 메탄올, NaCl, MIBK(Methyl Iso Butyl Ketone) 중에서 어느 한 성분을 사용할 수 있고, 보다 바람직하기로는 (Ethanol p.a, 이하 에탄올)을 사용하는 것이며, 인산 및 초산용 유기용매로서는 NaCl (saturated NaCl, 이하 NaCl)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기의 유기용매인 에탄올은 공급펌프(160)를 통하여 상기의 비이커(150)에 공급되어지고, 상기의 유기용매인 NaCl은 공급펌프(162)를 통하여 비이커(152)에 공급되어진다.
본 발명에 있어서, Al 식각액의 시료를 분석하기 위하여 별도의 유기용매를 이용하는 이유는 다음과 같은 사실에 근거하고 있다. Al 식각액의 구성성분은 전자부품의 식각을 위하여 인산, 초산, 질산의 3산이 혼합되어 있는데, 이들 각 산은 그의 해리상수가 각각 다르다. (표 1 참조)
| 질 산 | 인 산 | 초 산 | |
| 해리상수(pKa') | 〈 0 | 2.14 | 4.76 |
이로 인하여, 용매가 물인 경우에 상대적으로 해리상수가 높은 초산은 충분히 해리될 수 있지만, 질산 또는 인산은 충분히 해리되지 못하고, 결과적으로 3산의 분리가 원활히 일어나지 않게 된다. 따라서, 각각 다른 해리상수를 가진 3성분계의 Al 식각액을 실시간으로 각 산을 분리 적정할 수 있도록 하기 위하여, 유기 용매를 사용하는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, Al 식각액의 분석을 위하여 시료에 상기의 유기용매를 각각 사용하는 이유는 아래와 같은 실험결과에 근거한 것이다.
<유기용매와 시료량의 선정>
본 발명에 있어서, 시료의 분석을 위한 Al 식각액은 3산이 혼합된 혼산으로서, 화학 적정법을 이용하여 분석하는 경우, 분석과정 중 3산의 분리가 수용액 상에서는 불가능하므로, 적정 분석과정에서 유기용매가 첨가되어 발생하는 3산의 분리를 통해 각 산의 농도를 계산하여야 한다.
본 발명자들은 우선 질산과 나머지 산의 분리를 위하여(즉 혼산 중 적정 실험을 통하여 질산의 당량점을 구하기 위해), 여러 종류의 유기용매를 첨가하여 실험한 후 분리 적정에 가장 적합한 유기용매를 선정하였다.
(1). 질산의 분리
- 실험 개요
혼산 중 질산의 분리를 위하여 사용된 유기용매는 에탄올, 아세톤, 2-프로판올, 에틸렌글리콜 등이다. 이상의 유기용매는 화학실험용 시약으로 널리 쓰이는 물질들이다. 유기용매의 선정을 위한 적정 실험은 실험실용 적정 분석기인 Metrohm(Swiss)사의 736 GP TitrinoTM을 사용하였다. 실험 순서는 먼저 상기의 유기용매를 일정량 투입한 후 화학적정을 수행하여 질산의 당량점이 가장 확실하게 계산되는 유기용매를 선정한다. 적절한 유기용매를 선정한 후 유기용매의 양을 변화시키며 적정을 수행하여 적정 곡선의 당량점 계산이 가장 확실한 유기용매의 양을 결정하며, 이렇게 선정된 유기용매와 반응하여 질산의 분리가 가장 용이하게 발생되는 전체 시료의 양을 측정하게 된다.
- 실험 방법
《유기 용매의 선정에 관한 실시예》
본 발명에 있어서, 시료 중의 질산의 분리를 위하여 가장 적정한 유기용매를 확정하기 위하여, 각각의 유기용매로서 아세톤, 2-프로판올, 에탄올, 에틸렌글리콜 을 준비한 후 시료 약 100ml, 전자피펫, 적정 분석기의 측정 준비를 완료하였다. 비이커에 전자피펫을 이용하여 약 0.2ml의 혼산 시료를 투입하였다. 본 발명에서 시료를 0.2ml 만큼 투입하는 이유는 무엇보다도 시료의 양을 고정시킴으로써 전체 실험의 신뢰성을 보장하기 위한 것이었다.
혼산 시료의 투입이 완료되면 상기의 에탄올을 전자피펫을 이용하여 약 60ml 투입하였다. 전체 실험의 신뢰성 보장을 위해서 유기용매의 투입량을 60ml로 고정하였다. 시료와 에탄올의 투입이 완료된 후, 적정 분석기를 작동시켜 적정용 pH전극과 적정시약인 TBAOH을 이용하여 적정을 수행하였다. 적정이 완료된 후, 컴퓨터에 의해 질산의 당량점과 적정 곡선이 얻어졌다.
위와 동일한 과정을 각각의 유기용매, 즉 아세톤, 2-프로판올, 에틸렌글리콜 등으로 변화시키면서, 각각 동일한 실험을 수행하였다.
도 3A는 이와 같은 실험을 거쳐 얻어진 적정곡선을 하나의 그래프로 비교한 것이다. 그 결과, 상기의 에탄올이 적정곡선의 비교에 의해 당량점 계산을 가장 용이하게 수행할 수 있음을 확인하였고, 에탄올을 혼산 중 질산의 분리를 위한 유기용매로 선정하게 되었다.
《유기 용매의 투입량에 관한 실시예》
일단, 상기 혼산에 대한 질산의 분리를 위하여 가장 바람직한 유기용매로서 에탄올을 선정하였으므로, 혼산의 기준량에 적정한 유기용매의 투입량을 결정하기로 하였다. 이를 위하여, 혼산 시료의 양을 0.5ml로 고정시킨 후, 상기 에탄올의 양을 각각 20ml, 40ml, 60ml, 100ml로 변화시키면서, 가장 적정한 투입량을 시험하였다.
도 3B는 이와 같은 실험을 거쳐 얻어진 적정곡선을 하나의 그래프로 비교한 것이다. 그 결과, 상기의 에탄올을 혼산 시료 0.5 ml에 대하여 60 ml로 적정할 경우, 당량점 계산이 가장 용이함을 확인하였고, 이를 근거로 하여 에탄올 60ml를 적정량으로 선정하였다.
《혼산 시료의 투입량에 관한 실시예》
위의 실험에서, 상기 혼산에 대하여 가장 바람직한 유기용매의 종류 및 그 투입량을 선정하였으므로, 그 기준량을 기준으로 할 때 가장 바람직한 혼산의 투입량을 결정하기로 하였다. 이를 위하여, 상기의 에탄올 60ml를 기준으로 하여 투입한 후, 혼산 시료의 양을 각각 0.2ml, 0.5ml, 0.7ml로 변화시키면서, 가장 적정한 투입량을 시험하였다.
도 3C는 이와 같은 실험을 거쳐 얻어진 적정곡선을 하나의 그래프로 비교한 것이다. 그 결과, 상기의 에탄올 60ml를 기준으로 할 경우, 상기 Al 식각액의 시료 를 0.2 ml 로 선정할 경우, 가장 바람직한 것으로 확인되었다.
(2) 인산 및 초산의 분리.
- 실험 개요
인산과 초산의 적정을 위한 유기용매의 선정 프로세스도 상기 질산의 유기용매 선정 프로세스와 유사하다.
본 실험의 경우, 유기용매의 대상을 NaCl과 에틸렌글리콜, 란타늄 나이트레이트로 선정하였다. 그러나, 실험 도중 인산과 각 유기용매가 반응하여 석출물이 발생하고, 인산과 나이트레이트의 반응으로 질산의 양에 영향을 미칠 수 있으므로, 당량점 계산이 비교적 용이한 NaCl을 유기용매로 우선 선정하고 적절한 유기용매의 양과 혼산 시료량을 선정하는 실험을 수행하였다.
- 실험 방법
《유기 용매의 투입량에 관한 실시예》
Al 식각액의 인산 및 초산의 분리를 위하여 유기용매로서 NaCl을 선정하였으므로, 가장 바람직한 투입량을 결정하기로 하였다. 이를 위하여, 유기용매로서 NaCl을 준비한 후, 시료 약 100ml, 전자피펫, 적정 분석기의 측정 준비를 완료하였다. 전자피펫을 이용하여 비이커에 약 0.2ml의 혼산 시료를 투입하였다. 0.2ml를 투입한 이유는 역시 시료의 양을 고정시킴으로써 전체 실험의 신뢰성을 보장하기 위함이었다. 혼산 시료의 투입 후, 상기의 NaCl을 전자피펫을 이용하여 각 실험마 다 19ml, 50ml, 100ml로 양을 변화시키면서, 가장 적정한 투입량을 시험하였다.
도 3D는 이와 같은 실험을 거쳐 얻어진 적정곡선을 하나의 그래프로 비교한 것이다. 그 결과, 상기 NaCl의 양은 전체 적정 분석에 있어 영향을 끼치지 않음을 알 수 있었다.
《혼산 시료의 투입량에 관한 실시예》
위의 실험에서, 상기 혼산에 대하여 가장 바람직한 유기용매의 종류 및 그 투입량을 선정하였으므로, 그 기준량을 기준으로 할 때 가장 바람직한 혼산의 투입량을 결정하기로 하였다. 이를 위하여, 상기의 NaCl 50ml를 기준으로 하여 투입한 후, 혼산 시료의 양을 각각 0.2ml, 0.5ml로 변화시키면서, 가장 적정한 투입량을 시험하였다.
도 3E는 이와 같은 실험을 거쳐 얻어진 적정곡선을 하나의 그래프로 비교한 것이다. 그 결과, 상기의 NaCl 50ml를 기준으로 할 때, 상기 Al 식각액의 시료를 0.5 ml 로 선정할 경우에 당량점 계산이 가장 용이하므로 바람직한 것으로 확인되었다.
3. 식각액을 분석시약에 의해 분석하는 단계.
본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 시스템은 상기 혼산 시료와 유기용매가 각각의 공급라인을 따라 각각의 비이커(150)(152)에 공급되어지면, 각 비이커(150)(152) 하단부의 교반기(190)(192)가 작동하면서 용액을 교반하여 혼합시키고, 일정시간 교반된 후에 실제 분석을 위하여 각각의 분석시약이 공급되어진다.
본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 시스템은 상기 Al 식각액 중의 질산을 중화적정하기 위하여 분석시약으로서 TBAOH(Tri-Butyl Amine Hydroxide, 0.1M, 이하 TBAOH)를 사용하는 것이 바람직한 반면에, 상기 Al 식각액 중의 인산과 초산을 중화적정하기 위하여 분석시약으로서 NaOH(1M, 이하 NaOH)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기의 TBAOH 는 질산의 중화적정시 그 당량점의 판별이 용이한 잇점이 있고, 상기의 NaOH 는 그보다 약염기로서 인산 및 초산의 중화적정시 그 당량점의 판별이 용이하기 때문이다.
(1). 혼산 시료 중의 질산의 분석.
본 발명에 있어서, 상기의 분석시약인 TBAOH 는 메인 컴퓨터(110)와 연동된 제어부(112)에 의해 작동되는 일종의 주사기 펌프(120)에 의해 상기의 비이커(150)에 공급되어진다. 이때, 상기 비이커(150)의 내부에서는 혼산 용액과 실시간으로 공급되어지는 상기의 분석시약(TBAOH)이 서로 실시간으로 반응하게 되고, 최종적으로 중화적정이 이루어지게 된다. 도 2에서는, 상기의 제어부(112)가 상기 메인 컴퓨터(110)와 분리되어 별도로 구성된 것을 나타내고 있지만, 이를 상기 메인 컴퓨터(110)에 포함시켜 구성할 수도 있음은 물론이다.
본 발명에 있어서, 상기의 중화 반응은 상기 용액의 pH 변화로 이어지게 되고, 그 pH 변화는 pH 전극(140)에 의해 실시간으로 감지되어, 상기의 메인 컴퓨터ㅗ(110)에 전해지며, 메인 컴퓨터(110)는 이러한 데이타를 통해 반응의 당량점을 산출하게 된다. 당량점이 산출되어지면, 상기의 메인 컴퓨터(110)는 이미 투입된 TBAOH의 양을 이용하여 상기 Al 식각액 중의 질산의 농도를 계산한다.
(2). 혼산 시료 중의 인산 및 초산의 분석.
본 발명에 있어서, 상기 혼산 중의 인산 및 초산의 분석에 있어서도, 상기 질산의 분석과 유사한 방식으로 진행될 수 있다. 상기 인산 및 초산의 분석시약인 NaOH 는 역시 상기의 제어부(112)에 의해 작동되는 일종의 주사기 펌프(122)에 의해 상기의 비이커(152)에 공급되어지고, 실시간으로 중화 반응을 일으키게 된다.
상기의 중화 반응은 상기 용액의 pH 변화로 이어지게 되고, 상기 용액의 pH 변화는 pH 전극(142)에 의해 실시간으로 감지되어, 상기의 메인 컴퓨터(110)에 전해지며, 메인 컴퓨터(110)는 이러한 데이타를 통해 반응의 당량점을 산출하게 되고, 이를 이용하여 상기 Al 식각액 중의 인산 및 초산의 농도를 계산하게 된다.
(3). 혼산 시료 중의 중화반응의 이론적 근거.
본 발명에 있어서, Al 식각액의 각 성분인 질산과 인산 및 초산의 분리 적정은, 각 산의 해리상수의 차이가 크므로, 질산의 농도와 인산 및 초산의 농도를 별도로 측정하며, 상기 유기용매 하에서 각 산의 중화적정의 반응식은 대체적으로 다음과 같다.
- 질산 :
HNO3 + TBAOH => NO3
- + TBA+ + H2O - - - - - - - - - - - - - 식 (1)
- 인산 및 초산 :
ⅰ) HNO3 + H3PO4 + 2NaOH => NO3
- + H2
PO4- + 2H2O - - - - - - 식 (2)
ⅱ) H2PO4
- + CH3COOH + 2NaOH => CH3COO-
+ HPO4
2- + 2H2O - - - 식 (3)
ⅲ) HPO4
2-- + NaOH => PO4
3- + H2O - - - - - - - - - - - - - 식 (4)
이와 같은 반응식을 거쳐, 상기 (1)식에서 유기용매(에탄올)에 의해 분리된 질산은 TBAOH에 의해 완전 중화되어지고, TBAOH의 당량점에 의해 그의 농도값이 계산되어진다. 또한, 상기 (2)식에서 유기용매(NaCl)에 의해 분리된 인산과 초산은 NaOH에 의해 3단계의 반응을 거치게 된다. 식(2)의 첫번째 반응에서 질산과 인산은 동시에 분해하여 2M의 H2O를 생성한다. 첫번째 반응에서 계산된 질산과 인산의 농도에서 위의 질산 농도를 감하여 인산의 농도를 얻는다. 식(3)의 두번째 반응식에서 인산과 초산은 동시에 분해하여 역시 2M의 H2O를 생성하고 계산된 인산과 초산의 혼합 농도에서 상기 인산의 농도를 감하여 초산의 농도를 얻는다.
인위적으로 각 산의 비율을 일반적인 Al 식각액의 혼합비율과 유사하게 혼합한 후 분석한 결과는 아래의 표 2 와 같았다. (분석회수 20회)
| HNO3 (wt%) | H3PO4(wt%) | HAc (wt%) | |
| 분석값 평균 (wt%) | 2.01 | 69.84 | 10.01 |
| 편 차 (wt%) | 0.02 | 0.32 | 0.21 |
4. 식각액의 배출 및 마무리 단계.
본 발명에 의한 Al 식각액의 관리 시스템은 상기의 분석시약에 의해 상기 Al 식각액의 질산과 인산 및 초산의 농도가 구해지면, 상기 비이커(150)(152) 내부의 용액을 배출시키고, 이를 세척시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 비이커(150)(152) 내부의 용액은 각각 드레인 펌프(154)(156)를 통하여 외부로 배출되어지고, 이어서 세척 펌프(164)(166)를 통하여 탈이온수(DI water)가 상기의 각 비이커(150)(152)에 유입되어지고, 수차례 세척되어지고, 다시 상기의 드레인 펌프(154)(156)를 통하여 외부로 배출되어진다. 이러한 일련의 과정은 상기의 메인 컴퓨터(110)에 의해 제어되어진다.
본 발명에 있어서, 상기의 방법으로 Al 식각액의 혼산의 농도를 구하는 데 소모되는 시간은 1회당 약 15분 정도 소요되었다. 따라서, 본 발명에 의한 방법에 의할 경우, Al 식각액의 전체 농도를 1시간에 약 4번 정도 분석할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 방법을 채용할 경우, 상기의 메인 컴퓨터(110)에 분석주기를 1시간에 4번 정도 실시하도록 설정할 수 있고, 필요에 따라 작업자가 이를 임의로 입력할 수 있다.
또한, 분석된 각 산의 농도값은 외부 디스플레이(114)에 의해 시각적으로 인 지될 수 있도록 할 수 있고, Al 식각액의 관리범위를 미리 설정해 놓은 다음, 그 설정값을 초과할 경우 작업자에게 경고음을 발생하도록 함으로써, Al 식각액을 보다 안전하게 관리할 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법을 이용할 경우, Al 식각액의 구성성분인 인산, 초산, 질산의 3산을 실시간으로 분석할 수 있으므로, 전자제품의 식각 공정에 투여되어지는 Al 식각액의 농도를 정확하게 측정할 수 있고, 이를 통하여 Al 식각액의 교체시기를 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법을 이용할 경우, 이를 실시간으로 Al 식각액의 교체시기를 정확하게 판단할 수 있고, 이를 자동적으로 인지할 수 있게 되므로, 작업자나 실험자가 분석에 관여할 필요가 전혀 없으며, 데이터의 신뢰성 또한 보장할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 Al 식각액의 관리방법 및 관리 시스템을 이용할 경우, 이러한 분석을 자동적으로 표시, 저장, 관리할 수 있으므로, 현재 평판 디스플레이의 제조공정에 사용되는 Al 식각액의 관리를 용이하게 하고, 나아가 Al 식각액의 사용량 감소와 재료비 절감을 도모할 수 있으며, 이로 인하여 제품 전체의 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
Claims (6)
- 공급용 탱크에서 식각액 공급파이프를 통하여 배쓰에 공급되어지고, 상기 배쓰에서 소정의 회로기판을 식각한 다음, 식각액 배출파이프를 통하여 다시 상기의 공급용 탱크로 되돌아오게 되는 Al 식각액의 관리방법에 있어서,분석대상이 되는 상기 Al 식각액의 시료를 상기의 공급파이프에서 채취하여 반응용기에 유입시키는 단계와;상기 Al 식각액 중의 혼산을 각각 분리하기 위하여 각각의 유기용매를 상기의 반응용기에 첨가하는 단계와;상기 Al 식각액의 분리된 산을 각각의 분석시약에 의해 중화적정하여 분석하는 단계와; 그리고분석 완료된 Al 식각액을 배출하고 사용된 기기를 세척하여 마무리하는 단계; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 식각액의 관리방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 Al 식각액 중의 혼산을 각각 분리하기 위한 유기용매로서 질산에 대해서는 에탄올을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 Al 식각액 중의 혼산을 각각 분리하기 위한 유기용매로서 인산 및 초산 에 대해서는 NaCl 을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 Al 식각액 중의 유기용매에 의해 분리된 농도 분석시 질산에 대하여 TBAOH 를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 Al 식각액 중의 유기용매에 의해 분리된 농도 분석시 인산 및 초산에 대하여 NaOH 를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 공급용 탱크에서 식각액 공급파이프를 통하여 배쓰에 공급되어지고, 상기 배쓰에서 소정의 회로기판을 식각한 다음, 식각액 배출파이프를 통하여 다시 상기의 공급용 탱크로 되돌아오게 되는 시스템에 있어서,상기의 식각액 공급파이프에서 Al 식각액을 채취하는 분기 라인과, 상기 식각액을 측정용기로 공급해주는 펌프와, 상기 식각액의 공급량을 정밀하게 측정하는 전자피펫으로 구성된 식각액 공급수단과;상기 Al 식각액의 혼산을 분리시키기 위하여 상기 측정용기에 유기용매를 공급하는 용매공급 펌프와, 상기 Al 식각액의 혼산을 중화적정시키기 위하여 상기 측정용기에 분석시약을 공급하는 주사기 펌프와, 상기 Al 식각액의 중화적정 후 상기 측정용기를 세척하기 위해 탈이온수를 공급하는 세척수 공급펌프로 구성된 펌핑수 단과;상기 Al 식각액을 유입시키고 그 반응을 위하여 소정의 용량을 가진 측정용기와, 상기 측정용기 내부의 용액을 서로 혼합시키기 위한 교반기와, 상기 측정용기 내부의 Al 식각액의 pH 값을 실시간으로 측정하여 메인 컴퓨터로 전송하는 pH 전극으로 구성된 pH 측정수단과;상기 측정용기 내부의 용액을 배출시키는 드레인 펌프로 구성된 배출수단과;상기의 식각액 공급수단과 펌핑수단과 pH 측정수단과 배출수단을 제어함과 동시에 상기 Al 식각액의 중화적정 반응에 따라 실시간으로 질산과 인산 및 초산의 농도 값을 산출하는 메인 컴퓨터; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 한 알루미늄 식각액의 관리 시스템.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2005
- 2005-01-04 KR KR1020050000634A patent/KR20060080088A/ko not_active Application Discontinuation
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