LG디스플레이는 산학 협력 차원에서 인큐베이션 과제 지원을 통해 연세대학교 심우영 교수(신소재공학과) 연구팀에서 수행한 연구 결과¹가 세계적인 과학저널 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications) 최신호에 게재됐다고 13일 밝혔다.
이번 논문은 유연하고 투명한 타입의 새로운 포토마스크²를 이용하여 기존의 포토마스크로는 불가능했던 크기의 초미세 패턴을 구현하는 포토리소그래피(Photolithography)³ 기술 개발에 관한 것으로, 해당 기술은 LCD 뿐만 아니라 OLED에도 적용 가능하다.
연구팀은 딱딱한 형태인 기존 포토마스크⁴의 한계를 극복하기 위해 유연하고 투명한 타입의 새로운 마스크와 이를 사용하는 공정을 개발, 기존의 디스플레이용 노광장비로도 현재 만들 수 있는 크기의 1/100 수준에 해당하는 수십 나노미터의 초미세 패턴을 구현할 수 있게 했다. 초미세 패턴으로 만드는 섬세한 전자회로는 고해상도 구현에 필수적이다. 또한 유연한 재질의 마스크는 휘어진 기판에도 적용 가능해, 다양한 형태의 디스플레이 생산에 기여할 가능성이 기대된다.
- 논문명: Near-field sub-diffraction photolithography with an elastomeric photomask / 일저자: 연세대학교 백상윤 연구원
- 포토마스크(Photomask): 반도체나 IC 회로 제작 과정을 위해 회로의 배열이나 패턴을 담고 있는 투명기판
- 포토리소그래피(Photolithography): 반도체나 디스플레이 제조공정에서 웨이퍼나 글래스 위에 감광 성질이 있는 포토레지스트(Photoresist)를 얇게 바른 후, 원하는 마스크 패턴을 올려놓고 빛을 가해 사진을 찍듯이 회로를 형성하는 것.
- 포토마스크(Photomask): 반도체나 IC 회로 제작 과정을 위해 회로의 배열이나 패턴을 담고 있는 투명기판
본 논문의 공동 저자인 LG 디스플레이 장기석 박사는 “이번에 개발된 포토리소그래피 기술은 미래 디스플레이 기술 발전에 크게 기여할 수 있는 씨드(Seeds, 종자) 기술”이라고 밝혔다.
LG디스플레이는 지난 2015년부터 디스플레이 산업의 발전을 위한 산학 프로그램인 ‘LG디스플레이-연세대 인큐베이션 프로그램’을 운영해오고 있다. 기업과 대학이 함께 디스플레이 기반 기술 및 제품들에 대한 아이디어를 모으고 산업화 관점에서 실현될 수 있도록 기획하고 연구검증하는 프로그램이다.
한편, 연구팀을 이끈 연세대의 심우영 교수는 “이 연구는 빛의 회절한계를 극복할 수 있는 포토리소그래피 공정을 개발했다는 점에 의의가 있으며, 평면뿐만 아니라 곡면 기판에도 적용이 가능해 향후 다양한 형태의 소자 공정에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다. 본 연구는 개발기간이 3년에 달하고 총 25명의 연구원들이 참여한 대형프로젝트로 한국연구재단 미래소재디스커버리 연구사업, 선도연구센터 연구사업 및 기초과학연구원 지원도 함께 이뤄졌다.
※ 포토리소그래피는 반도체나 디스플레이 제조 공정에서 포토레지스트라고 불리는 감광액을 실리콘 웨이퍼나 글라스 위에 얇게 바른 후, 설계된 패턴이 그려진 마스크를 올려 놓고 빛을 쬐어 회로를 형성하는 기술이다. 회로패턴이 만들어지는 형상은 포토마스크라고 불리는 핵심부품이 결정하게 된다.
금속패턴으로 만들어 놓은 포토마스크를 놓고 빛을 쬐어 생기는 그림자가 기판에 전사되며 이를 통해 원하는 전자회로를 단시간에 복사할 수 있기 때문에 대량 생산에 용이하다. 그러나 빛이 포토마스크와 기판 사이의 거리를 지날 때, 회절현상(빛이 장애물이나 좁은 틈을 통과할 때 그 뒤편까지 파가 전달되는 현상)이 발생하기 때문에 매우 작은 크기의 섬세한 패턴을 정확히 구현할 수 없어 해상력이 저하된다는 단점이 있었다.
연구팀이 개발한 “소프트마스크를 통한 초근접노광기술”은 투명하고 유연한 재료로 만든 새로운 타입의 마스크로 기판과 마스크 사이의 거리를 최소화해 빛의 회절현상을 줄여 수십 나노미터 수준의 패턴을 쉽게 구현할 수 있게 한 기술이다. 또한 유연한 마스크의 특성 덕분에, 휘어진 기판에도 적용할 수 있다.
이번 연구는 추가 투자 없이 기존의 디스플레이용 노광장비로도 현재 만들 수 있는 크기의 1/100 수준에 해당하는 수십 나노미터 수준의 미세 패턴을 구현할 수 있다는 가능성을 확인한 연구라는 데 의의가 크다. 또한 유연한 재질의 마스크는 휘어진 기판에도 적용할 수 있어 사물인터넷과 플렉시블 전자기기 공정 등 다양한 분야에서도 응용이 가능해질 전망이다.
