반도체 배관용 튜브 전해연마액 수명연장을 위한 공정 최적화 = Process Optimization for Life Extension of Electropolishing Solution for Semiconductor Piping Tube
저자
발행사항
서울 : 광운대학교 대학원, 2016
학위논문사항
학위논문(박사)-- 광운대학교 대학원 : 화학공학과 2017. 2
발행연도
2016
작성언어
한국어
주제어
DDC
620
발행국(도시)
서울
형태사항
26 cm
일반주기명
지도교수: 박철환
소장기관
반도체 및 LCD 제조 공정에 사용하는 고순도 가스 및 화학물질을 이송하기 위한 스테인레스 스틸 튜브 및 파이프의 전해연마액 품질 유지는 제품의 품질 유지를 위한 매우 중요한 요소 중 하나이다. 전해연마액의 수명연장은 비용과 공정 시간을 감소시키고 이를 통해 경제성과 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 연구에서는 전해연마 장치의 부스바 개선 및 전극봉 변경을 통하여 반도체 배관용 튜브 전해연마액의 수명을 연장하고자 하였다. 전기 저항 감소, 전류효율 및 전해효율 향상으로 전해연마 시 최소 전기량을 요구하는 공정 조건을 도출하고자 하였다. 주요 제어인자로 전류밀도, 전해액 온도, 전해연마 시간, 유량 등으로 하고 다구찌 기법과 직교배열표를 이용하여 전해연마액 수명연장을 위한 최적 공정조건을 도출하였다.
반구형 부스바 사용 시 전해연마액 수명연장을 위한 최적 공정조건은 전류밀도 45 A/dm2, 전해액 온도 70 ℃, 연마 시간 6 min, 유량 11 L/min이었다. 이 조건에서 전해연마에 필요한 전기량은 18.18% 감소했다. 구형 부스바 사용 시 전해연마액 수명연장을 위한 최적 공정조건은 전류밀도 45 A/dm2, 전해액 온도 65 ℃, 연마 시간 4 min, 유량 7 L/min이었다. 이 조건에서 전해연마에 필요한 전기량은 45.45% 감소했다. 전극봉 직경 변경 시 전해연마액 수명연장을 위한 최적 공정조건은 전극봉 직경 5 mm, 전류밀도 45 A/dm2, 전해액 온도 65 ℃, 연마 시간 6 min, 유량 7 L/min이었다. 이 조건에서는 전해연마에 필요한 전기량은 감소하지 않았으나, 품질 손실 비용은 감소했다. 전극봉 가이드 간격 변경 시 전해연마액 수명연장을 위한 최적 공정조건은 전류밀도 35 A/dm2, 전해액 온도 70 ℃, 연마 시간 6 min, 유량 7 L/min이었다. 이 조건에서 전해연마에 필요한 전기량은 22.22% 감소했다.
본 연구에서 반도체 배관용 STS 튜브 전해연마 시 전해연마 장치의 부스바 개선이나 전극봉 변경, 다구찌 기법을 통하여 전해연마액 수명연장을 위한 최적 공정조건을 구할 수 있었다. 그리고 SN비 분산분석과 추정을 통하여 품질 손실 비용을 절감할 수 있음을 알 수 있었다.
Quality control of the electropolishing solution for electropolishing of stainless steel tubes and pipes, which are used for transfer of high-purity gases and chemicals in the semiconductor and LCD manufacturing processes, is important for the production of high quality. Life extension of electropolishing solution can facilitate the improvement of economics and productivity through the reduction of cost and process time.
We carried out the study to extend the life of the electropolishing solution through the improvement of bus bar and the change of electrode of the electropolishing apparatus. We intended to obtain the optimum conditions for requiring minimum electricity through the reduction of electric resistance, the improvement of current and electrolysis efficiency.
The optimum process conditions for life extension of electropolishing solution were obtained by the Taguchi method and orthogonal array. Current density, electrolytic temperature, electropolishing time and flow rate were selected as the control factors in the electropolishing process. The optimum process conditions for life extension of electropolishing solution by the half round bus bar were 45 A/dm2 of current density, 70 ℃ of electrolyte temperature, 6 min of polishing time and 11 L/min of flow rate. In this condition, the electricity for electropolishing was reduced by 18.18%. The optimum process conditions for life extension of electropolishing solution by the round bus bar were 45 A/dm2 of current density, 65 ℃ of electrolyte temperature, 4 min of polishing time and 7 L/min of flow rate. In this condition, the electricity for electropolishing was reduced by 45.45%. The optimum process conditions for life extension of electropolishing solution by the electrode diameter changing were 5 mm of electrode diameter, 45 A/dm2 of current density, 65 ℃ of electrolyte temperature, 6 min of polishing time and 7 L/min of flow rate. In this condition, the electricity for electropolishing was not reduced, but the cost of quality loss was reduced. The optimum process conditions for life extension of electropolishing solution by the electrode guide gap changing were 45 A/dm2 of current density, 65 ℃ of electrolyte temperature, 6 min of polishing time and 7 L/min of flow rate. In this condition, the electricity was reduced by 22.22%.
In this study, we were able to derive the optimum process conditions that can be extend the life of the electropolishing solution through the bus bar improving or electrode changing of the electropolishing apparatus and Taguchi method when the STS tube for semiconductor piping was electropolished. And the SN ratio ANOVA and the estimation showed that it is possible to reduce the cost of quality loss.
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