[디스플레이 상식사전 #18] 포토리소그래피(Photolithography)

Theme 2. 디스플레이 공정

열 여덟 번째 개념: 포토리소그래피(Photolithography)

▲ 포토리소그래피 기술의 전 과정

포토리소그래피(Photolithography): 빛(photo)을 이용한 기판 인쇄(lithography)를 통해 회로 패턴을 제조하는 방법

포토레지스트(PR): 빛에 반응하며 특성이 바뀌는 화학물질

포토리소그래피는 디스플레이와 반도체를 생산하기 위해 사용되는 공정으로 짧게 ‘포토 공정’으로 부르기도 합니다. 포토리소그래피는 빛을 뜻하는 ‘포토’와 기판 인쇄를 의미하는 ‘리소그래피’의 합성으로 만들어진 단어인데요. 즉, 기판 위에 빛을 사용해 사진을 찍듯이 패턴을 새기는 과정입니다.

포토리소그래피의 과정은 총 포토레지스트 코팅(PR Coating), 노광(Exposure), 현상(Develop), 식각(Etch), 박리(Strip)의 5단계로 나뉘는데요. 우선 PR 물질을 기판 위에 얇게 바르는 ‘코팅’ 이후 높은 UV를 쬐어주는 ‘노광’을 거치면 PR의 성질이 변합니다. 이 때, 마스크를 씌워 UV가 닿을 부분과 닿지 않을 부분을 구분할 수 있습니다. 다음으로 기판을 현상액에 넣어 원하는 PR 모양을 ‘현상’하고, PR 아래 위치한 증착 물질을 PR과 같은 모양으로 깎아내는 ‘식각’을 합니다. 마침내 PR을 ‘박리’하면 원하는 형태의 증착 물질을 얻을 수 있는 것이죠.

 

포토리소그래피 기술의 차원을 높이다

 
기존 공정
신공정
포토마스크 형태
딱딱함
유연하고 투명함
초미세 패턴 구현
불가능
가능
적용 가능한 패널
LCD
LCD와 OLED
다양한 폼팩터로 변형
불가능
가능

포토마스크(Photomask): 반도체나 IC 회로 제작 과정을 위해 회로의 배열이나 패턴을 담고 있는 투명기판

포토리소그래피는 얇은 필름 형태의 TFT(박막 트랜지스터)의 패턴을 형성하는 데 활용될 만큼 세밀한 방법이지만 여전히 한계점이 존재하고는 했는데요. 기존에 쓰이던 포토마스크는 딱딱해 노광 시 빛이 통과할 때 멀리 뒤편까지 파가 전달되는 ‘회절 현상’이 빈번하게 발생했던 것입니다. 회절 현상은 미세한 크기의 패턴을 정확히 구현하는 것을 방해해 디스플레이의 선명도를 저하시킬 수 있는데요.

하지만 지난 2020년 LG디스플레이와 연세대학교 연구팀은 유연하고 투명한 포토마스크 개발에 성공했고, 불가능에 가까웠던 초미세 패턴을 만들 수 있는 원동력을 제공했습니다. 섬세한 패턴으로 탄생된 전자회로는 디스플레이의 해상도를 올릴 뿐만 아니라 휘어진 기판에도 적용할 수 있어 다양한 폼팩터의 디스플레이 공정에 기여를 할 것으로 전망되고 있습니다.

 

Recap Quiz

Q. 포토리소그래피의 첫 단계에 ‘이것’을 기판 위에 도포해야 하는데요. 빛에 반응하는 화학물질로서 반도체 제조 시 회로를 새기기 위해 사용되는 액체인 이것은 무엇일까요?

① 포토레지스트     ② 포토마스크

답: ①

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