[디스플레이 용어알기 46.현상 (Development)
테크 2020.02.13

[디스플레이 용어알기] 46.현상 (Development)

디스플레이나 반도체 포토공정 과정에서 진행되는 과정 중 하나인 ‘현상 공정’은 사진을 현상하는 것과 유사한 방식입니다. 포토공정 참고: http://news.samsungdisplay.com/21553 포토공정 과정 중 PR(감광액, PhotoResist) 물질에 빛을 쏘아 빛을 받은 영역과 그렇지 않은 영역이 구분되면, 현상액(Developer)을 통해 원하지 않는 부분을 선택적으로 제거하는 것을 현상 공정이라고 합니다. 한마디로 노광, 비노광이 구분된 PR 물질을 현상(Development) 하기 위해 알카리 등의 현상액에 담가 원하는 색, 모양 등을 구현하는 것입니다. 감광 물질은 빛에 반응에 따라 Positive와 Negative 방식으로 분류됩니다. Positive 방식은 빛에 노출된 부분이 현상액에 녹기 쉽게 화학구조가 변하는 것으로, 현상액을 투입할 경우 노광 과정에서 빛을 받은 부분이 제거됩니다. Negative 방식은 반대로 빛에 노출된 부분의 감광물질이 더욱 단단해지는 것으로 빛을 받지 못한 부분을 현상액으로 제거하는 것입니다. 현상 결과는 노광 시간과 Prebake 온도, 현상액 온도, 현상 온도, 현상 시간 등에 의해 결정됩니다. 현상 방법으로는 Nozzle로 현상액을 분사하는 스프레이 방식, 현상액을 기판 위에 공급해 표면 장력을 이용하는 Puddle 방식, 기판을 Bath에 담가 현상하는 Dip 방식이 있습니다.
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[디스플레이 용어알기] 45. 노광(Exposure)
테크 2020.02.10

[디스플레이 용어알기] 45. 노광(Exposure)

노광(Exposure)은 ‘물질을 빛에 노출시킨다’는 개념으로, 디스플레이에서 픽셀의 스위치 역할을 하는 TFT(박막트랜지스터)를 만들 때 사용하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정의 일부입니다. 노광 공정은 사진 촬영을 위해 카메라에서 셔터를 열어 외부의 빛이 들어오게 해, 필름에 화학적 변화를 일으켜 상이 맺히게 하는 원리와 유사합니다. TFT의 미세 전자회로를 만들기 위해서는 회로에 사용되는 물질을 기판에 입히고, 비 회로 영역은 제거하는 과정을 반복해야 합니다. 이를 위해 PR(Photoresist, 감광액)을 해당 물질 위에 도포하고, 그 위에 회로의 밑그림이 그려진 노광용 마스크(Mask)를 올려놓은 후, 노광 장비로 빛을 비춰 PR이 마스크의 밑그림대로 회로 패턴을 형성하게 만듭니다. 노광 장비는 방식에 따라 스테퍼(Stepper)와 스캐너(Scanner)로 나뉩니다. 스테퍼는 카메라로 사진을 찍듯이 해당 영역에 빛을 비추는 방식이며, 스캐너는 문서 스캐너처럼 빛을 일정하게 움직여 패턴을 형성하는 방식입니다. 디스플레이 TFT에 형성해야 할 회로 패턴은 수 마이크로미터(㎛) 단위이기 때문에, 패턴의 정밀도를 높이기 위해, 파장이 짧은 UV(자외선)를 광원으로 사용합니다. 노광 공정이 끝나면, 빛을 받은 PR은 특성이 변하게 되고, 이어지는 현상(Development) 공정을 통해 불필요한 PR을 제거하면 원하는 패턴을 PR로 형성하게 된다. 이후 공정에서 식각(Etching)을 통해 실제로 형성할 회로 등의 막을 패터닝하고, 이후 남아 있는 PR은 녹여내 제거한다.
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[퀀텀닷 완전정복] 제 1화 원리와 합성법-② 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은?
테크 2020.02.04

[퀀텀닷 완전정복] 제 2화 원리와 합성법-② 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은?

☞ 1편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제1화 원리와 합성법-① 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은?   핵을 껍질로 싸고 리간드 붙여 완성 크기에 따라 다른 색을 낼 수 있다는 점은 발광 반도체에서는 획기적인 특징이었다. 특정 색을 만들기 위해 새로운 소재를 일일이 찾아다닐 필요 없이, 한 종류의 소재로 만든 반도체라고 해도 크기만 조절하면 붉은색부터 푸른색까지 모든 색깔을 만들어낼 수 있기 때문이다. 이런 가능성 때문에 퀀텀닷 연구는 1990년대 활발히 진행됐다. 1993년에는 처음으로 퀀텀닷의 크기를 세밀히 조절할 수 있는 제조법인 ‘콜로이드 합성법’이 개발됐다. 기본적인 합성법은 매우 간단하다. 반도체 소재로 흔히 사용되는 12족 원소(아연, 카드뮴 등)와 16족 원소(황, 셀레늄 등)를 한 데 섞어 열을 가하면 된다. 물론 이 두 종류로 끝나는 것은 아니다. 입자의 표면을 안정화하는 부가적인 물질들이 필요하다. 입자의 크기가 작아질수록 입자 표면의 영향은 커지기 때문이다. 예를 들어 한 변의 길이가 10cm인 정육면체는 부피와 겉넓이의 비가 10:6이지만, 한 변의 길이가 1cm인 정육면체는 그 비율이 1:6으로 크기가 작을수록 겉면의 비중이 크게 뛴다. 즉, 퀀텀닷은 입자 표면이 퀀텀닷 전체의 특성을 결정짓는데 중요한 역할을 한다. 이 때문에 퀀텀닷은 중심 물질(핵)을 껍질(쉘)로 싸고, 껍질에 다시 추가로 리간드[1]를 부착한 구조로 만들어 전기적·광학적 특성을 손상하지 않고 제 기능을 할 수 있도록 만든다. 배 교수는 “어떤 종류의 리간드를 어떤 구조로 부착하는지가 퀀텀닷의 기능에 매우 중요하다”며 “리간드뿐만 아니라 온도와 반응시간 등을 세밀히…
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테크 2020.02.03

[퀀텀닷 완전정복] 제1화 원리와 합성법-① 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은?

“인간의 머리카락 한 가닥 두께보다 5만 배 이상 작은 퀀텀닷(quantum dot) 기술을 처음 적용해 선명한 색상을 만들어 기존 TV보다 2배 이상 밝다.”(BBC, 2015년 1월 6일) 2015년 1월 미국 라스베이거스. 전 세계 최신 전자제품이 한자리에 모이는 세계 최대 전자 정보통신기술(ICT) 쇼인 ‘CES 2015’에 기존에 없던 TV가 나타났다. 삼성전자가 2000년대 초반부터 10여 년간 연구한 퀀텀닷 기술을 접목해 만든 차세대 TV였다. 전 세계 언론은 퀀텀닷 TV의 성능을 극찬했다. 그리고 삼성전자는 올해 1월 열린 ‘CES 2020’에서 기존의 퀀텀닷 기술을 업그레이드해 퀀텀닷발광다이오드(QLED) 8K TV 신제품을 공개해 관람객의 발길을 붙잡았다. 삼성디스플레이는 2019년 10월 퀀텀닷(QD) 디스플레이 양산을 위해 디스플레이 투자로는 사상 최대 규모인 13조1000억 원을 투입해 기존 액정디스플레이(LCD) 생산설비를 퀀텀닷 디스플레이 생산설비로 전환하고 2021년부터 대규모 양산에 돌입하겠다는 계획을 밝혔다. 퀀텀닷이 뭐길래 이토록 큰 변화의 바람을 불러일으키는 것일까.     같은 물질인데, 다른 색깔이네? 퀀텀닷, 우리말로 풀이하면 양자점, 좀 더 풀면 양자물리의 법칙이 적용되는 아주 작은, 수nm (나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 반도체 입자를 뜻한다. 양자물리의 모든 것을 이 글에 풀 수는 없지만 퀀텀닷을 이해하기 위해 아주 주요한 특징만 몇 가지 말하자면, 우선 양자물리는 아주 작은 크기의 세상에 적용되는 물리 법칙들을 일컫는다. 어느 정도의 크기보다 작은 걸 작은 세계라고 부를지 그 기준은 아직 명확하게 정해지진 않았다. 다만 원자나 분자 또는 그보다 작은 입자들의 세계는 우리가 눈으로 보고 직관적으로 생각하는 것과는 다른 방식으로 굴러간다. 나노물질이 좋은 예다. 입자가 아주 작은 크기일 때는 같은 소재, 같은 방식으로 만들었다고 해도 그…
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[디스플레이 용어알기] 44. CVD (Chemical Vapor Deposition) 증착
테크 2020.01.23

[디스플레이 용어알기] 44. CVD (Chemical Vapor Deposition) 증착

CVD (Chemical Vapor Deposition)는 ‘화학기상 증착법’으로 불리는 증착 방법 중 하나입니다. GAS와 같은 다양한 반응 기체와 에너지를 활용해 기판 표면에 화학적 반응을 통해 피복하여 증착하는 방법을 의미합니다. 쉽게 말하면 원료가 되는 가스를 주입해 에너지(열/플라즈마 등)를 통해 화학 결합 등의 반응을 일으켜, 생성된 생성물을 기판 표면에 쌓아서 얇은 막을 형성하는 것입니다. CVD는 박막 형성 제조의 대표적인 방법 중 하나로 박막품질과 도포성이 우수해 많이 사용하는 방식입니다. 고체나 액체 상에서 반응을 얻기 어려운 박막의 조성도 화학 반응을 통해 쉽게 증착할 수 있습니다. LTPS 제조시  a-Si를 증착하거나, TFT 제작에서 절연멱과 보호막을 쌓을때 활용되는 공정입니다. CVD는  활성화 에너지 공급 방식, 반응 온도, 증착막 종류, 반응기 내부 압력 등에 따라 PECVD, APCVD, LPCVD, HDPCVD 등 여러가지 방식이 있습니다. 대표적으로 많이 사용하는 PECVD(Plasma Enhanced CVD)는 챔버 내에 플라즈마를 형성시켜 박막을 형성하는 것입니다. 플라즈마는 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 의미합니다. PECVD 방식은 다음과 같습니다. 반응 시킬 기체를 주입하고, 높은 전압을 수직으로 걸어주면 프라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학 반응을 하여 원하는 물질은 기판에 쌓이게 됩니다. 그리고 나머지 이온들도 결합해 기체로 배출되는 방식입니다.
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테크 2020.01.15

[디스플레이 용어알기] 43. PVD 증착

PVD(Physical Vapor Deposition)란 ‘물리적 기상 증착’이라고도 불리는 공정으로, 디스플레이에서 TFT를 만들 때 금속층을 형성하기 위한 방법 중 하나입니다. PVD는 Deposition(퇴적)이라는 용어가 쓰인 것 처럼, 눈이 내려 땅 위에 고르게 쌓이듯 특정 물질로 막을 형성하는 개념이며, 열 또는 물리적 충격을 이용하므로 화학적 방식을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 대비되는 기술입니다. PVD는 TFT 내부에 전자가 이동하는 금속성 배선을 만들 때, 배선의 재료인 금속성 물질을 TFT 기판 위에 도포해 얇은 막을 형성(성막)하는 공정입니다. 성막 이후 포토공정을 통해 막을 깎아내 원하는 배선의 형태를 만드는 과정으로 이어집니다. PVD 공정의 대표적 방식으로는 증발, 스퍼터링(Sputtering)이 있습니다. 증발 방식은 열 또는 전자빔을 이용해 TFT 기판에 원하는 물질을 성막하는 방식입니다. 진공 챔버 안에 성막할 물질을 담은 후, 열을 이용해 물질을 증착시켜 기판에 증착하거나, 열 대신 전자빔(가는 선 모양의 전자의 흐름)으로 물질을 가열해 증발시켜 성막합니다. 스퍼터링 방식은 성막할 물질에 다른 물질을 충돌시켜, 떨어져 나온 입자가 TFT 기판에 성막되도록 하는 방식입니다. 챔버 안에 아르곤 가스를 주입 후 강한 전압을 가해 플라스마를 발생시키면, 아르곤 이온이 생성돼 성막할 물질에 부딪힙니다. 이때 충돌하는 아르곤 이온의 운동에너지가 성막할 물질의 결합에너지보다 크므로, 성막할 물질간 결합이 풀려 튕겨나와 방출되는 물질들이 기판에 달라붙도록 하는 방식입니다.
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[디스플레이 용어알기] 42. 증착(Evaporation)
테크 2020.01.08

[디스플레이 용어알기] 42. 증착(Evaporation)

‘증착’은 어떤 물질을 기판 표면에 박막으로 부착시키는 것을 말합니다. 진공 공간 속에서 증착하려는 물질의 화합물을 가열 증발시키는 방법입니다. OLED는 디스플레이 픽셀을 형성하는 컬러패터닝을 할때 이 증착 방법을 사용합니다. OLED 제조과정을 보면 크게 5가지로 나뉩니다. LTPS(Low Temperature Polycrystalline Silicon) 공정 → 증착(Evaporation) 공정 → 봉지(Encapsulation)공정 → 셀(Cell) 공정 → 모듈(Module) 공정 증착은 자체발광하는 OLED 픽셀을 만들기 위한 과정에 필요한 방법입니다. OLED는 기판 위에 R,G,B 색을 내는 유기발광층이 있습니다. 이 유기물층은 빛을 발광하는 역할로 발광층과 발광을 돕는 보조층으로 구성되어 있습니다. 보조층인 HIL, HTL, EIL, ETL은 정공과 전자가 쉽게 발광층으로 들어가고 이동하게 만들어주는 박막층입니다. 이렇게 유기물층을 구성하기 위해 사용되는 방법이 바로 ‘증착’입니다. 증착 공정을 진행하기 위해서 먼저 진공 챔버라 불리는 설비에서 발광유기물질 증착을 위한 LTPS 원판을 준비합니다. 챔버 안에 LTPS 원판이 준비되면 메탈마스크(Metal Mask)를 원판에 갖다 댑니다. 마스크는 유기물층을 증착할때 특정 위치에만 증착할 수 있도록 철판에 구멍을 낸 장비입니다. 특히 R,G,B 각각의 유기물이 자신의 위치에 딱 맞게 증착될 수 있도록 돕기 위해서는 작은 픽셀을 나눌 수 있는 파인메탈마스크(FMM, Fine Metal Mask)를 사용합니다. 마스크가 준비되고 그 아래 증착원을 놓고 적정 온도를 가열하면 분자 단위의 유기물질이 마스크를 통과하면서 원하는 위치에 입혀지는 것입니다. 이런 과정을 거쳐서 빛을 내는 유기물층과…
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[디스플레이 용어알기] 41. 포토레지스트 (Photoresist)
테크 2019.12.18

[디스플레이 용어알기] 41. 포토레지스트 (Photoresist)

포토레지스트(Photoresist, PR)는 빛에 반응(감광)해 특성이 변하는 화학물질로, 디스플레이에서는 TFT(박막트랜지스터)에 미세한 회로를 형성하는 포토리소그래피(Photolithography)공정에 사용됩니다. 포토레지스트는 빛에 의해 화학적 특성이 변하는데, 종류에 따라 빛을 받으면 딱딱해지거나, 반대로 녹기 쉽게 변합니다. 이러한 포토레지스트의 형질 변화를 이용해, 약해진 부분만 선택적으로 제거함으로서 회로로 사용할 부분과 아닌 부분을 구분해 미세한 회로 패턴을 판화처럼 입체적으로 깎아 만들며, 이 기법을 포토리소그래피라고 합니다. (용어알기 40편 -포토리소그래피 참고) TFT 제조의 핵심 공정인 포토리소그래피 공정에서 포토레지스트는 TFT 기판 위에 얇게 도포되는 방식으로 사용됩니다. 이후 전자 회로 패턴을 그릴 부분과 나머지 부분을 구분하는 포토마스크(Photomask)를 포토레지스트 위에 덧댄 후 빛을 비추면, 포토레지스트는 빛을 받은 부분과 아닌 부분의 특성이 달라지게 되며, 특성이 달라진 두 영역간의 용해도 차이를 이용해 용해가 수월한 포토레지스트를 현상공정(Development)을 통해 제거합니다. 포토레지스트가 사라진 영역에 남아있는 증착 물질은 식각공정(Etching)을 통해 제거되며, 남겨진 포토레지스트 하부의 증착 물질은 포토레지스트의 보호를 받아 그대로 유지됩니다. 마지막으로는 실제 회로의 소재 역할을 하는 증착 물질만 남기고, 역할을 마친 포토레지스트는 박리해 제거합니다. 포토레지스트는 포지티브(Positive)형과 네거티브(Negative)형으로 나뉘는데, 포지티브는 빛을 받은 부분이 현상액에 용해되며, 네거티브는 반대로 빛을 받지 않은 부분이 용해되는 특징을 갖으므로, 필요에 따라 선택적으로 사용됩니다. 포토리소그래피는 디스플레이 TFT 회로의 미세화 정도를 결정하는 핵심 공정이며, 포토레지스트는 이 공정을 진행할 때 필요한 핵심 소재입니다.
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[디스플레이 용어알기] 40. 포토리소그래피 (Photolithography), 포토 공정
테크 2019.12.11

[디스플레이 용어알기] 40. 포토리소그래피 (Photolithography), 포토 공정

포토리소그래피(Photolithography)는 반도체, 디스플레이 제조공정에서 사용하는 공정입니다.  포토 공정이라고도 불리며, 사진 인쇄 기술과 비슷하게 빛을 이용하여 복잡한 회로 패턴을 제조하는 방법입니다. 디스플레이에서는 TFT(박막 트렌지스터) 공정에 사용되고 있습니다. TFT 공정은 미세한 회로 패턴 제작을 위해 기판 위에 TFT 구성에 필요한 층을 올리고, 깎아 내리고, 그 위에 다른 층을 또 쌓는 것을 반복해야 합니다. 이렇게 원하는 모양의 물질을 쌓기 위해 빛을 이용하여 형태를 패터닝하는 과정을 포토리소그래피라고 합니다. 포토리소그래피 공정 과정은 다음과 같습니다. 먼저 깨끗하게 세정된 기판(substrate) 위에 TFT 제조에 필요한 물질을 고르게 증착합니다. 그 위에 빛이 닿는 부분과 그렇지 않은 부분이 다르게 반응하는  PR(감광액, Photo Resist)물질을 도포합니다. PR 코팅된 층 위에 원하는 패턴이 그려진 Mask를 갖다 댄 후 빛을 쏘아서 빛을 받은 영역과 받지 않는 부분을 구분합니다. PR(감광액) 물질은 빛의 반응에 따라 Positive와 Negative 두 가지 방식으로 분류됩니다. Positive 방식은 마스크에 의해 빛에 노출된 부분이 현상액에 녹기 쉽게 화학구조가 변하는 것입니다. 현상액을 투입해 노광(Exposure) 과정에서 빛을 받은 부분을 제거합니다. Negative 방식은 빛에 노출된 부분이 반대로 더욱 단단해지는 것입니다.  빛을 받지 못한 부분은 현상액으로 제거합니다. 이렇게 원하는 패턴만 남은 PR층은 식각(Etching)과정을 거쳐서 PR이 덮여 있지 않는 부분의 증착된 물질을 제거합니다. 증착된 물질이 원하는 모양으로 패터닝되면 그 위에 도포되어 있던 PR층 마저 제거하여…
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[디톡쇼 마지막회] 디스플레이 기술의 눈부신 발전!
테크 2019.12.06

[디톡쇼 마지막회] 디스플레이 기술의 눈부신 발전! 세상을 더 편하게 만드는 미래 디스플레이 기술은?ㅣ삼성디스플레이 퀴즈토크

상상만했던 기술들이 현실화되고 있다?! ‘Display of Things’를 실현하기 위해 고군분투하는 역대 디톡쇼 전문가들이 한자리에 모여 디스플레이의 과거, 현재, 미래를 들려준다!
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