
이켐솔루션즈, 증감색소 활용 성공 … 차세대 디스플레이 용도 겨냥
이켐솔루션즈(Echem Solutions) 일본법인이 근적외선을 사용한 세계 최초의 리소그래피 기술을 개발했다.
근적외선은 투과성이 높고 두꺼운 포토레지스트에 대해서도 하부까지 빛을 전달할 수 있어 블랙 레지스트에 응용한다면 차세대 디스플레이용으로 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
현재 해외 패널 생산기업들과 평가를 진행하고 있으며 2022년 봄 양산을 목표로 하고 있다.
리소그래피는 자외선을 사용하는 것이 일반적이고 최근에는 파장이 짧은 EUV(극자외선) 사용이 본격화되고 있으나 이켐솔루션즈는 장파장인 근적외선을 사용하는 발상의 전환에 나섬으로써 완벽하게 새로운 시장을 창출할 수 있을 것으로 자신하고 있다.
리소그래피 광원은 파장 365나노미터의 i선과 248나노미터의 KrF(불화크립톤), 193나노미터의 ArF(불화아르곤) 등 자외선이 사용되고 있고, 파장이 짧을수록 해상도를 높일 수 있다.
첨단 반도체는 파장이 13.5나노미터에 불과한 EUV를 채용함으로써 회로 선폭을 5나노미터까지 줄이는데 성공한 것으로 알려졌다. 다만, 파장이 짧아질수록 빛이 쉽게 흡수되는 단점이 나타나고 있다.
파장이 700-1000나노미터로 가시광보다 긴 근적외선을 사용하는 리소그래피 기술은 아직 세계적으로 존재하지 않으며 근적외선을 사용하겠다는 발상조차 제시된 바 없어 근적외선에 반응하는 광중합개시제, 광산발생제 등 광반응물질 역시 개발된 사례가 없는 것으로 알려졌다.
하지만, 이켐솔루션즈가 근적외선에 감도를 갖춘 증감색소를 사용해 근적외선 노광에 성공함으로써 관련 산업이 성장할 가능성이 제기되고 있다. 
증감색소가 근적외선의 에너지를 가져와 여기상태인 에너지를 광반응물질에 넘김으로써 근적외선의 광반응을 가능케 한 것으로 알려졌다.
근적외선의 높은 투과성을 살린다면 블랙 레지스트 분야에서 활용이 가능할 것으로 예상되고 있다.
블랙 레지스트는 자외선부터 적외선까지 넓은 빛을 막을 수 있는 카본블랙(Carbon Black)을 사용하고 있다.
현재 디스플레이 컬러필터에 카본블랙을 적용할 수 있는 것은 컬러필터의 두께가 2-3마이크로미터로 얇기 때문이나 근적외선은 두께가 10마이크로미터 이상인 후막의 노광을 겨냥하고 있다.
근적외선만이 투과할 수 있는 블랙 안료를 채용한다면 근적외선의 고투과성을 활용하면서 가시광 영역에서 카본블랙 수준의 높은 차광까지 실현할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
특히, 최근 차세대 디스플레이로 각광받고 있는 퀀텀닷(QD) 마이크로 디스플레이의 블랙뱅크 용도로 유용할 것으로 판단하고 있다.
퀀텀닷 마이크로 디스플레이는 청색 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 사용하고 퀀텀닷으로 적색과 녹색을 변환해 고순도 RGB(적색‧녹색‧청색)를 실현한 것이 특징이다.
색 변환을 위해 퀀텀닷 레지스트 층을 만들어야 하지만 컬러필터처럼 두께가 2-3마이크로미터에 고밀도를 갖춘 퀀텀닷을 충진하면 변환 효율이 떨어지는 문제가 있어 10마이크로미터 이상의 레지스트 막 중에 퀀텀닷을 적절하게 분산시키는 것이 중요한 것으로 파악되고 있다.
블랙뱅크는 퀀텀닷 레지스트의 혼색과 빛이 빠져나가는 현상을 막을 수 있다.
이켐솔루션즈가 이미 퀀텀닷 레지스트를 생산하고 있어 세트 제안이 가능할 것으로 기대하고 있다.
이켐솔루션즈는 근적외선의 노광장치를 자체 제작하고 패턴을 형성한 결과 막 두께 20마이크로미터 달성에 성공한 것으로 알려졌다.
반응속도가 빠르고 막 두께는 100마이크로미터까지 두껍게 만들 수 있으며 해상도가 5-10마이크로미터이지만 반도체 용도가 아니라 디스플레이 용도이기 때문에 충분히 채용이 가능한 수준이라고 판단하고 있다.
현재 타이완, 중국 패널 생산기업과 샘플 평가를 추진하고 있어 2021년 말까지 기술적인 성과를 올리고 2022년 봄 양산이 가능할 것으로 기대하고 있다.
현재까지 근적외선 노광장치가 존재하지 않는 것이 과제이나, 조기에 협업 파트너를 확보함으로써 소재와 장치로 구성된 근적외선 노광 시스템 완성에 박차를 가할 예정이다.
기존의 자외선 노광 광원은 고압 수은램프를 사용해 주변 장치에도 고도의 파장제어 기술이 요구됐으나 근적외선 노광은 LED와 레이저광을 사용하기 때문에 파장 제어를 엄격히 할 필요가 없어 도입 코스트가 낮고 소비전력도 줄일 수 있다는 강점을 적극 홍보하고 있다. (강윤화 선임기자)