무척 얇지만 복잡한 TFT 어떻게 만들까?

앞의TFT를소개하는글에서정의,구조,종류등에대해서살펴봤어. 이번 포스팅은 가장 중요한 TFT의 제조 공정에 대해 배워보자!! 이번 문장은 이전 문장보다 양이 길어. 중요한 부분만 썼다고 의견했는데 길지. TFT는 매우 얇고 용도에 따라 매우 작지만 복잡한 여러 공정을 통해 제조된다.먼저 앞에서 본 TFT의 구조를 다시 살펴보자.

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각 층의 역할이 기억나지 않는다면 이전 blog.naver.com/chemi1456/221546245021을 참고하자.

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DATA 전극은 Source와 Drain을 의미하며 화소 전극은 투명하고 전기 전도성을 가진 물질인 ITO를 사용하여 TFT를 통해 인가된 신호전압을 액정셀에 추가하는 역할을 합니다. 아래 층부터 순차적으로 쌓아오르게 되는데, 모든 과정에 1회 이상의 포토 리소그래피(패턴 공정)를 거친다.

포토리소그래피(Photolithography) 포토리소그래피란 layer를 쌓을 때 원하는 형태로 layer의 패턴을 형성시키는 기술이다.TFT의 포토리소그래피는 세척-증착-세정-PR도포-노광-현상-에치-박리 총 8가지 과정을 거치게 되는데, 앞의 4가지 과정은 크게 PR코팅 과정이라 할 수 있다.

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한 코스를 차례로 살펴보자.①세정 PR코팅 과정에서 애첨으로 증착되지만 증착하기 위해서는 세정 과정이 필요하다. 기판에 이물질이 본인의 먼지 등이 있을 수 있지만 이는 매우 미세한 작업을 요하는 공정에서 치명적인 장애물이 될 수 있다. 따라서 세척 과정을 거쳐 이물질이 본인의 먼지를 제거한다. 이때 세척에 사용되는 물질은 DIWater로 증류수보다 깨끗하고 순수한 이온이 없는 물이었다. ②증착 세정이 완료되면 증착 과정을 거쳐야 한다. 증착이란 유리기판 위에 절연막, 반도체막, 금속막 등 재료를 화학적 또는 물리적 방법으로 막을 바르는 공정이지만 모든 재료를 한 가지 방법으로 증착하는 것은 아니다.어떤 재료를 올리느냐에 따라 증착기법이 달라지는데 금속재료라면 스파터링(Sputtering) 기법을 쓰고 반도체 본인의 절연체인 경우 플라즈마 화학 증착인 PECVD 기법을 쓴다.​

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스퍼터-sputter는 사전적 의미에서 “펑펑 소리를 내”이라는 의미를 갖지만 다른 입자가 방해하지 않도록 진공 상태의 용기에서 증착 하려는 물질(target)과 막을 입히는 부분(glass)에 전류를 가해 그 사이에 플라스마를 일으킨다. 플라즈마를 일으키면, 불활성 가스인 Ar이 목표물 쪽으로 이동하고, 금속과 부딪혀 금속 입자가 분리되어 나쁘게 울어서 반대쪽에 있는 glass에 쌓이는 원리입니다.PECVD법 – 반응시키는 기체를 주입하여 높은 전압을 수직 방향으로 걸어주면 이 때 전압으로 기체를 플라즈마 상태로 바꿈 이때 플라즈마 상태란 분자상태에서 존재하는 기체를 강한 전압에 의해 이온에 나쁘지 않게 눕힌 상태입니다. 기체가 이온화하면 약 400도 정도로 온도를 높여 화학반응을 시킨다. 이 과정에서 원하는 물질은 기판에 축적되고 나쁘지 않기 때문에 나머지 이온은 서로 결합해 기체 상태로 배출됩니다.증착과정을거친후마무리로이물질을제거하기위해다시세척과정을거친다.③ PR 코팅 세척이 완료되면 PR 코팅(Photoresist Coating) 과정을 거친다. Photoresist란 빛에 반응하는 감광성 고분자물질로서 빛을 받은 부분과 받지 못한 부분을 선택적으로 제거할 수 있도록 하는 물질입니다.포토레지스트에는 빛을 받은 부분이 녹는 「PositivePR」과, 빛을 받은 부분이 녹지 않는 「NegativePR」이 있다.포토레지스트 코팅은 기판 위에 포토레지스트가 고르게 퍼지도록 spincoating 방식을 이용하여 코팅을 진행합니다. 이것은 에신종이공학 수업에서 배운 바가 있는데, 많이 쓰이는 코팅법으로 코팅하는 물질의 용액을 기판 위에 떨어뜨려 고속으로 회전시켜 얇게 펴는 코팅의 비결입니다.

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④노광

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포토레지스트 코팅이 완료된 기판은 노광단계에서 빛을 쪼인다. 이 빛을 쏘는 이유는 패턴을 형성하기 위해서다. 좋아하는 패턴의 가면을 포토레지스트층 위에 올려 자외선을 받아 포토레지스트의 성질을 화천시킨다. 이때 가면은 빛을 차단하는 막의 역할을 합니다.⑤ 현상 빛을 쬐면 현상 과정에서 자외선이 닿는 부분과 맞지 않는 부분을 선택적으로 녹인다. 포토레지스트를 녹이는 현상액을 이용하여 필요한 부분을 제거하고 녹여내는 과정입니다. 헷갈리는 것은, 빛을 쬐자마자 포토 레지스트가 녹는 것이 아니라, 성질을 화천화해 현상액에 녹는 것입니다. 위에서 말씀드린 것처럼 positivePR을 사용하게 되면 빛에 노출이 되어있는 부분 즉, 가면에 숨겨지지 않은 부분들이 녹아나오게 되면 모양과 같은 형태가 되고 반대로 negativePR을 사용하게 되면 숨겨지지 않은 부분들이 녹지 않고 남아있습니다. 그러면 원하는 형태를 만들 수 있어.⑥식각

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에칭(etching) 과정은 기판 위의 증착층을 포토레지스트 모양에 맞게 깎는 공정입니다. 2학년 때 신소공급학개론에서 이를 배운 적이 있다. 여기서 조금 헷갈리는 것이 이전 포토레지스트에서 다 녹인 것이 아닌가 할 수 있지만 증착층은 포토레지스트와 별도로 그 밑에 있는 층에 녹지 않았다. 따라서 포토레지스트가 녹은 형태로 증착층을 깎는다. 포토레지스트로 덮여 있는 부분은 깎이고, 덮여 있지 않은 부분은 깎지 않는 것입니다. 식각에는 가스를 이용하는 건식 식각과 화학약품을 이용하는 습식 식각이 있다. 반도체, 절연체의 경우는 가스에 의한 건식 식각, 금속막의 경우는 화학 약품에 의한 습식 식각으로 실시한다.이제 형태를 갖췄으니 끝났을까요? 아직 아닙니다. ⑦ 박리

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패턴 형성을 위해 덮어둔 포토레지스트까지 제거해야 한다. 이 공정을 박리라고 해. 포토 레지스트는 모양에 맞게 깎아내면 역할을 했기 때문에 도움이 되지 않아. 박리 용액에 일정시 동안 다 sound가 두면 포토레지스트가 제거돼. 이 과정을 모두 거치면 결국 우리가 원하는 패턴으로 완성돼. 공정은 완료되었고 잘 만들어졌는지 이상 유무를 판단하기 위해서 검사과정을 거치면 1번의 패턴 공정이 모두 진행된 것입니다. 모양이 복잡하면 당연히 여러 번의 패턴 공정이 필요하겠죠.이렇게 전반적인 TFT 공정에 대해 알아봤어. 보기엔 굉장히 얇은 TFT이지만 이걸 만들기 위해서 이렇게 나쁘지 않고 많은 과정을 거치다니 물론 다 기계가 하겠지만요!! 이것을 관리하기 인재들이 바로 공학자들입니다.​​

참고문헌 t.m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=youngdisplay&logNo=220536746396&proxyReferer=httpsPercent3APercent2FPercent2Fwww.google.comPercent2Fhttps:/blog.naver.com/youngdisplay/60207010312httptA0Percent95PercentECPercent95Percent84(Jung_Ah_Lee)https://samaterials.wordpress.com/2015/10/28/what-is-sputtering/https