디스플레이 톺아보기 지난 시간에는 디스플레이의 '보이지 않는 손' TFT(박막트랜지스터)의 개념과 종류에 대해서 살펴보았습니다. 오늘은 TFT 제작 공정중 AMOLED 디스플레이를 구동하기 위한 Glass(또는 PI기판) 기반 TFT 제작 방식인 LTPS(Low Temperature Poly Silicon, 저온폴리실리콘)의 제조 공정(과정)에 대한 이야기를 시작하겠습니다.

TFT 제작 방식의 기본 개념

우선 TFT를 만드는 방법을 생각해 볼까요? 다양한 방법이 떠오릅니다. 손에 잡히지 않을 만큼 아주 작은 펜을 로봇팔이 움직여서 미세한 전기회로를 그려볼 수 있지 않을까요? 아니면 커다란 미세 프린터를 통해서 설계도에 따라 얇은 TFT층이 프린트되도록 하는 방법은 어떨까요?

아쉽게도 디스플레이에 사용되는 TFT공정은 3차원의 미세 공정(수um)을 수행해야 하기에 현재 위와 같은 방식은 사용할 수 없습니다. 그래서 미세한 TFT를 제작하기 위해서는 Photo patterning이라는 방식을 사용합니다. 미세한 TFT의 회로 패턴을 제작 하기 위해서는 Glass(또는 PI기판) 위에 TFT 구성에 필요한 층을 '쌓고', '깎고' 그 위에 또 다른 층을 '쌓고','깍고'를 반복해 구성하는 식입니다. 이때, 어떤 물질위에 빛을 이용하여 원하는 형태를 Pattern 하는 방식을 Photo patterning이라고 합니다.

그렇다면 '쌓는' 방법은 또 무엇인지 궁금해지기 시작합니다. 전문적인 표현을 쓰자면 '증착(蒸着, deposition)'을 한다고 하며 쌓으려는 물질의 종류에 따라 물리적인 방법인 PVD(Physical Vapor Deposition)와 화학적인 방법인 CVD(Chemical Vapor Deposition)의 2가지를 사용합니다.

그리고 '깎는' 과정은 '식각(蝕刻, etching)'을 한다고 하며, 방식에 따라 가스나 플라즈마, 이온 빔을 이용하는 건식 식각과 화학약품을 사용하는 습식 식각이 있습니다.

그리고 증착과 식각 사이에 가장 중요한 과정으로 pattern 작업이 있는데, pattern 작업은 '노광(露光, lithography 또는 exposure)'과 '현상(現像, development)'으로 나뉩니다. 우리 일상에서도 촬영한(노광) 사진을 사진관에서 현상할 때와 같이 디스플레이 제조 과정에서도 같은 원리로 이 방법을 사용합니다. 이 과정들은 증착한 물질의 식각시 필요한 부분은 남기고, 불필요한 부분은 제거하기 위해 사용합니다.

위 이미지는 패터닝의 최종적인 모습으로, 수많은 패턴 중에 한 곳만 확대해서 본 단면도입니다. 보기에는 넙적하고 커 보이지만, 실제로는 머리카락 두께보다도 훨씬 가느다란 크기입니다. 이제 아래 그림을 통해서 증착부터 패턴 형성, 식각까지의 과정을 한 눈에 보겠습니다.

먼저 기판(substrate)을 바닥에 배치합니다. 그리고 앞서 설명드린 PVD 또는 CVD 방법을 활용하여 TFT의 기초가 되는 물질을 기판 위에 고르게 증착 합니다. 증착이 끝나면 그 위에 PR이라는(Photo Resistor: 빛이 닿는 부분과 닿지 않는 부분이 서로 다르게 반응하는 물질) 물질을 도포합니다. 그 다음 노광이라는 단계에서 원하는 패턴의 모양이 그려진 Mask를 PR 위에 가까이 댄 후 빛을 쏘아 빛을 받은 부위의 PR을 단단하게 만듭니다. 이후에 현상시, 현상액에 의해 노광 과정에서 Mask에 가려 빛을 받지 못했던 부분의 PR은 녹아버리게 됩니다.

이렇게, PR에 원하는 패턴만이 남게 되는데, 여전히 물질은 기판 전체에 모두 도포된 상태지요. 이때 식각(Etching)이라는 과정을 통해 PR이 덮여 있지 않는 부분의 물질을 모두 제거 합니다.

이러한 제작 과정을 통해 TFT를 구성하는 적층 구조를 제작 하게 됩니다. 그럼 다음 시간에는 이러한 원리로 만들어지는 TFT 완성을 향한 전체 과정을 소개하겠습니다.