반도체 공정과 디스플레이 공정의 차이

반도체 공정과 디스플레이 공정은 각기 다른 기술과 특성을 지니고 있지만, 디스플레이 기술의 발전에 있어 반도체 기술은 필수적인 요소로 자리잡고 있습니다. 특히 스마트폰, 텔레비전, 컴퓨터 모니터 등 다양한 전자제품에서 사용되는 디스플레이는 그 자체로 복잡한 공정들을 거쳐 생산됩니다.

이 글에서는 반도체 공정과 디스플레이 공정이 어떻게 다르고, 디스플레이 제조에서 반도체 기술이 어떻게 활용되는지에 대해 설명하겠습니다.

 

▷ 반도체 공정: 전자

기기의 뇌

반도체 공정은 전자 기기의 핵심 부품인 칩을 만드는 과정입니다. 반도체는 전기를 잘 통하는 물질과 통하지 않는 물질의 중간 성질을 가진 물질로, 전자기기의 '뇌' 역할을 하는 칩을 구성합니다. 이 칩은 계산, 제어, 데이터 전송 등 다양한 기능을 담당합니다.

반도체 공정은 크게 다음과 같은 단계로 나눠집니다:

• 웨이퍼 제조: 실리콘 웨이퍼는 반도체 칩의 기초가 되는 재료입니다. 실리콘은 자연에서 많이 찾아볼 수 있는 재료로, 이를 얇은 판 형태로 잘라내어 사용합니다.
• 포토리소그래피: 웨이퍼 위에 미세한 회로를 그려넣는 과정입니다. 이 과정에서는 빛을 이용해 회로 패턴을 웨이퍼에 전사합니다.
• 이온 주입: 특정 부위에 전하를 주입하여 반도체 특성을 부여하는 과정입니다. 이를 통해 반도체의 전도성이나 저항성을 조절합니다.
• 식각: 회로 패턴을 정확히 만들어내기 위해 불필요한 부분을 제거하는 과정입니다.

이와 같은 과정을 통해 반도체 칩은 수많은 미세한 트랜지스터를 갖춘 전자 회로로 완성됩니다.

 

** 포토리소그래피 공정

① 감광액(Photoresist) 도포

웨이퍼 표면에 빛에 반응하는 감광액(포토레지스트, Photoresist)을 균일하게 바릅니다. 이 감광액은 특정 파장의 빛을 받으면 화학적 성질이 변하는 특성을 가집니다.

② 노광(Exposure): 빛을 이용한 패턴 형성

포토마스크(Photomask)라고 불리는 마스크를 웨이퍼 위에 배치한 후, 강한 빛(일반적으로 자외선 또는 극자외선, EUV)을 조사합니다. 이때 포토마스크는 일종의 ‘스텐실’ 역할을 하며, 빛이 통과하는 부분과 차단되는 부분을 구분하여 웨이퍼 위에 원하는 회로 패턴을 형성합니다.

  DUV (Deep Ultraviolet) 노광: 193nm 파장의 빛을 사용하여 미세한 패턴을 형성.

  EUV (Extreme Ultraviolet) 노광: 13.5nm 파장의 극자외선을 사용하여 7nm 이하의 초미세 공정을 구현.

③ 현상(Development): 불필요한 감광액 제거

노광이 끝난 후, 감광액을 현상액(Developer)으로 처리하여 원하는 패턴을 남기고 불필요한 부분을 제거합니다.

  양성(Positive) 포토레지스트: 빛을 받은 부분이 제거됨.

  음성(Negative) 포토레지스트: 빛을 받지 않은 부분이 제거됨.

④ 식각(Etching): 웨이퍼에 패턴 새기기

이제 웨이퍼 표면에는 감광액이 남아 있는 부분과 없는 부분이 나뉘게 됩니다. 감광액이 없는 부분을 선택적으로 식각(Etching)하여, 웨이퍼에 실제 회로 패턴을 형성합니다. 식각 방식에는 건식 식각(Dry Etching)과 습식 식각(Wet Etching)이 있습니다.

⑤ 감광액 제거(Striping)

패턴이 새겨진 후, 남아 있는 감광액을 화학적으로 제거하여 깨끗한 웨이퍼를 얻습니다.

▷ 디스플레이 공정: 화면을 구성하는 기술

디스플레이 공정은 화면을 만드는 과정으로, 주로 LCD, OLED, QLED와 같은 디스플레이 기술에 사용됩니다. 디스플레이는 빛을 조절하여 이미지를 표시하는 역할을 하며, 반도체 기술이 결합되어 더욱 선명하고 효율적인 화면을 만들어냅니다.

디스플레이 공정은 크게 다음과 같은 단계를 포함합니다:

• 기판 제작: 디스플레이의 기초가 되는 투명 기판을 준비합니다. 이 기판은 화면의 크기와 구조를 결정짓는 중요한 역할을 합니다.
• 박막 트랜지스터(TFT) 공정: 디스플레이의 각 픽셀을 제어하는 트랜지스터를 만드는 과정입니다. 이 공정에서 반도체 기술이 사용됩니다.
• 액정 물질(LC) 삽입: LCD 디스플레이의 경우, 액정 물질을 기판 사이에 삽입하여 빛의 통과를 조절합니다. 이 과정은 디스플레이의 색상과 밝기를 결정짓습니다.
• 발광체 증착: OLED와 QLED의 경우, 발광 물질을 기판 위에 증착하여 색상을 구현합니다.

디스플레이의 품질은 이 모든 공정이 얼마나 정밀하게 이루어지는지에 따라 결정되며, 반도체 기술이 이를 가능하게 만듭니다.

▷ 반도체 공정과 디스플레이 공정의 차이점

반도체 공정과 디스플레이 공정은 공통점이 있지만, 중요한 차이점도 존재합니다. 가장 큰 차이점은 각 공정의 목적과 기술적 요구 사항에 있습니다.

• 목적의 차이: 반도체 공정은 주로 전자 회로를 구성하는 칩을 만드는 데 중점을 둡니다. 반면, 디스플레이 공정은 이미지를 표시하는 화면을 만드는 데 중점을 둡니다.
• 기술의 차이: 반도체 공정에서는 고도화된 미세 공정이 필요하며, 트랜지스터와 같은 전자 부품을 만드는 데 주력합니다. 디스플레이 공정은 주로 물리적인 패턴 형성과 발광 재료의 조합이 중요합니다.
• 물리적 특성의 차이: 반도체 공정은 주로 전자기적 성질을 이용하는 반면, 디스플레이 공정은 빛의 제어와 관련된 물리적 특성을 활용합니다.

이러한 차이점에도 불구하고, 디스플레이 공정에서 반도체 기술이 중요한 역할을 한다는 점은 변함없습니다.

▷ 디스플레이 제조에서 활용되는 반도체 기술

디스플레이 제조에서 반도체 기술은 주로 박막 트랜지스터(TFT), 유기 반도체, 양자점 기술 등에 활용됩니다.

• 박막 트랜지스터(TFT): TFT는 디스플레이의 각 픽셀을 제어하는 중요한 역할을 합니다. 반도체 공정에서 제작된 미세 트랜지스터를 사용하여, LCD, OLED 등의 디스플레이에서 픽셀 하나하나를 독립적으로 제어할 수 있게 만듭니다.
• 유기 반도체: OLED와 같은 유기 발광 다이오드 기술에서는 유기 반도체 물질이 사용됩니다. 이 물질은 전기적 신호를 받아 빛을 발하는 특성을 가지고 있어, 화면을 밝히고 색상을 표현하는 데 필요합니다.
• 양자점 기술: QLED와 같은 디스플레이에서는 양자점 반도체를 사용하여 색상의 정확도를 높이고, 더 선명하고 밝은 화면을 구현할 수 있습니다. 양자점은 매우 작은 반도체 나노 입자로, 빛을 받으면 특정 색을 발산하는 성질을 가지고 있습니다.

디스플레이 기술은 이러한 반도체 기술을 바탕으로 발전하고 있으며, 반도체 기술 없이는 현대의 고해상도, 고품질 디스플레이를 구현할 수 없었을 것입니다.

반도체 공정과 디스플레이 공정은 각기 다른 목적과 기술을 지니고 있지만, 디스플레이 제조에서는 반도체 기술이 중요한 역할을 합니다. 디스플레이의 발전은 반도체 기술의 발전에 의존하고 있으며, 이 두 공정의 융합은 미래의 디스플레이 기술을 더욱 혁신적으로 변화시킬 것입니다. 각 공정의 특성과 차이를 이해하는 것은 디스플레이 기술에 대한 깊은 통찰을 제공하며, 전자 제품의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.