FPD 노광장비란?
FPD (영문: Flat Panel Display) 노광장비는 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 제조에서 유리 기판 위에 형성하는 박막 트랜지스터 (영문: Thin Film Transistor)의 회로패턴이 그려진 원판인 포토마스크에 빛을 조사하여, 유리 기판에 도포된 포토레지스트에 TFT의 회로 패턴을 노광하는 장비입니다.
FPD 노광장치의 기술은 반도체 제조의 포토리소그래피 기술을 기반으로 하고 있지만, 반도체 칩의 한 변이 약 1cm 정도인 반면 FPD는 수m에 달하기 때문에 반도체 제조의 노광기술과 달리 여러 번 나누어 노광을 반복하는 등 새로운 기술이 필요합니다.
또한, 고화질화를 위해서는 화소 수에 따라 TFT의 회로 수를 늘려야 합니다. 예를 들어, 800만 화소가 넘는 4K 액정에서는 800만×RGB(적색, 녹색, 청색 3색으로 구성된 컬러 필터)로 2,400만 개 이상의 TFT 회로를 형성하고, OLED에서는 그 몇 배에 달하는 TFT 회로를 형성해야 하므로 생산성과 노광 정밀도의 향상이 요구됩니다.
FPD 노광기의 사용 용도
FPD 노광기는 다양한 종류의 FPD 제조에 사용됩니다. 현재 FPD의 종류로는 액정표시장치(LCD)가 주류를 이루고 있으며, 스마트폰과 같은 모바일 기기부터 정보처리, 차량용, 항공기, 의료용에 이르기까지 다양한 모니터에 사용되고 있습니다.
한편, LCD 외에도 PDP, 유기EL, 무기EL, VFD(형광표시장치) 등 다양한 종류의 FPD가 있습니다.
이러한 다양한 종류의 FPD에 공통적으로 적용되는 구조는 화소 하나하나를 제어하여 전체적으로 이미지를 표시하는 기능이며, 이 제어를 담당하는 TFT를 노광 기술을 통해 형성하는 것이 FPD 노광기의 역할입니다.
FPD 노광장치의 원리
FPD 노광장치는 광원, 렌즈 등의 광학계, 기판을 올려놓는 스테이지로 구성됩니다.
광원으로는 주로 초고압 수은 램프의 자외선이 사용되지만, TFT 회로의 미세화에 따라 자외선의 단파장화가 진행되고 있습니다.
광학계는 포토마스크와 렌즈의 위치 및 초점을 제어합니다. 고화질을 위해서는 nm 단위의 TFT 회로를 정밀하게 형성해야 하기 때문에 단순히 고정밀의 빛을 조사하는 것뿐만 아니라, 포토마스크나 마더글래스 표면의 왜곡과 위치를 측정하고 광학계와 스테이지의 제어를 통해 이를 보정하는 등의 기술이 포함되어 있습니다.
FPD 노광장비의 종류
스테퍼 방식과 스캐너 방식
FPD 노광장치의 방식은 크게 스테퍼 방식과 스캐너 방식 두 가지로 나뉩니다.
스테퍼 방식은 포토마스크의 전 면을 한 번에 조사하여 대상 유리기판에 노광한 후 다음 유리기판 처리로 넘어가는 방식입니다. 한 번에 하나의 유리기판이나 2×2개와 같은 여러 개의 유리기판을 처리하지만, 대형화가 어렵고 중심부에 초점을 맞추기 때문에 전체적인 해상도가 낮아진다는 단점이 있습니다. 이 때문에 소형 액정 등에 사용되지만, 설비 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.
스캐너 방식은 광원을 좁혀 포토마스크의 일부에 조사하고, 조사 위치를 스캐닝(스캔)하면서 포토마스크 전 면을 노광하는 방식입니다. 이 때문에 대형 유리 기판을 제조할 수 있고, 중심부의 빛만 이용하기 때문에 해상도를 높일 수 있다는 장점이 있는 반면, 전체 면을 스캔하는 시간이 필요하고 설비 비용이 비싸다는 단점이 있습니다.
현재는 대형화, 고해상도가 요구되면서 스캐너 방식이 주류가 되고 있숩니다.
기타 기술
기판의 대형화에 대응하는 기술로 멀티 렌즈 방식이 있습니다. 이는 여러 개의 렌즈를 나란히 사용하여 노광 면적을 확장하는 것으로, 스테퍼/스캐너 모두에 적용 가능한 기술입니다.
포토마스크를 이용한 기존 노광 기술은 대량 생산에 적합하지만, 시제품이나 다품종 소량 생산에서는 포토마스크 제작에 드는 비용과 시간이 단점으로 작용합니다. 이 때문에 포토마스크를 사용하지 않는 마스크리스(Maskless) 노광 기술이 개발되고 있습니다. 이는 MEMS(Micro Electromechanical System) 기술로 만든 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용해 수십만 개의 빔을 초고속으로 개별적으로 스위칭하여 기판에 조사하는 방식입니다. 이를 통해 시제품 제작 및 다품종 소량 생산에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있게 되었습니다.