디스플레이 제작에서의 레이저: 엑시머 레이저 어닐링
Coherent 엑시머 레이저는 더 밝고 고해상도이며 에너지 효율적인 디스플레이를 가능하게 하는 핵심 프로세스를 수행합니다.
2022년 10월 4일, Coherent
오늘날 대부분의 휴대전화에 사용되는 AMOLED 디스플레이는 매우 화려하고 밝고 선명하며 표면 아래에서 제조업체가 전력을 덜 사용하도록 설계했습니다. 디스플레이는 일반적으로 휴대전화의 다른 어떤 것보다 더 많은 배터리 전력을 사용하기 때문에 중요합니다. 이러한 모든 일이 실제로 일어나도록 하기 위해서는 엄청난 양의 기술이 적용됩니다. 그리고 Coherent 레이저는 여기서 절대적으로 중요한 역할을 합니다. 6부로 구성된 이 블로그 시리즈에서는 디스플레이를 제조하는 데 레이저가 사용되는 몇 가지 구체적인 방법을 살펴보겠습니다.
Coherent 레이저로 구동되는 가장 중요한 프로세스 중 하나는 장치 회로를 제작하는 첫 번째 단계에 있습니다. 이것은 모든 최신 고체 전자 장치의 중심에 있는 반도체인 실리콘의 얇은 층이 "마더 글라스"라고 불리는 대형 패널에 증착될 때입니다. 오늘날 이러한 마더 글라스 패널은 일반적으로 1.5m x 1.85m(GEN 6.5)이지만 휴대전화 제조업체는 개별 디스플레이 비용을 낮추기 위해 더 크게 만들고 싶어합니다.
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문제는 무정형입니다
그러나 이 실리콘 층에는 작은 문제가 있습니다. 그것을 만드는 데 사용되는 화학 증기 증착 공정은 비정질 실리콘을 생성합니다. 비정질 실리콘에서 개별 원자는 불규칙하고 무질서한 방식으로 배열됩니다. 비정질 실리콘으로 만든 회로는 전자적 특성이 좋지 않아 디스플레이가 더 어두워지고 더 많은 배터리 전력을 사용합니다.
이와 반대로 휴대폰 내부의 집적 회로와 오늘날 우리가 사용하는 다른 모든 전자 장비는 단결정 실리콘을 사용하여 만들어집니다. 원자는 단결정 실리콘에서 고도로 정돈되어 있습니다. 이 배열은 정말 좋은 전자적 특성을 생성하며 이는 최신 마이크로프로세서가 엄청나게 빠른 이유 중 하나입니다.
하지만 마이크로프로세서에 사용되는 단결정 실리콘 웨이퍼를 만드는 데 사용되는 기술은 마더 글라스 패널 크기에 가깝도록 만들 수 없습니다. 그러나 원자가 상당히 규칙적으로 정렬되어 있는 세 번째 형태의 실리콘인 다결정 실리콘이 있는 것으로 알려졌습니다. 여기서 핵심 지표는 전자 이동성이며, 다결정 실리콘의 전자 이동성은 비정질 실리콘의 전자 이동도보다 200배나 더 높을 수 있습니다(단결정 실리콘 전자 이동성은 일반적으로 다결정 실리콘보다 최소 2배 우수함). 다결정 실리콘의 사용은 현재 디스플레이가 환상적인 이유의 주된 요인입니다.
디스플레이 생산을 위한 좋은 아이디어
따라서 어떻게 하면 다결정 실리콘을 얻을 수 있을까요? 적어도 이론상으로는 그리 어렵지 않습니다. 필요한 것은 비정질 실리콘 층이 녹을 때까지 가열한 다음 빠르게 냉각시켜 다결정 형태로 재응고하는 것뿐입니다.
문제는 실리콘을 녹이기 위해 약 600°C까지 가열해야 한다는 것입니다. 그러나 그 높은 온도와 이와 관련된 신속한 열 순환은 일반 유리로 만든 패널을 손상시키므로 대신 값비싼 내열성 유리를 사용해야 합니다. 이 때문에 특히 제조업체가 더 큰 유리 패널 크기로 확장함에 따라 디스플레이 가격이 훨씬 더 비싸질 것입니다.
솔루션은 저온 다결정 실리콘(LTPS)을 만드는 데 사용되는 엑시머 레이저 어닐링(ELA)이라는 기술입니다. 또한 Coherent 엑시머 레이저를 사용하는 것입니다.
엑시머 레이저를 사용하는 이유는 매우 강력한 자외선 펄스를 생성할 수 있는 유일한 광원이기 때문입니다. 실리콘은 자외선을 강하게 흡수하며, 따라서 높은 펄스 에너지와 결합하여 단 몇 번의 레이저 펄스로 얇은 실리콘 층을 빠르게 녹입니다. 이 거의 완벽한 용융은 올바른 다결정 형성 및 원하는 전자적 특성을 얻는 데 필수적입니다.
실리콘의 높은 흡수성은 또한 UV 광선이 유리 아래 또는 연성 디스플레이의 경우 폴리아미드(PI) 층으로 많이 침투하는 것을 방지합니다. 따라서 실리콘이 완전히 녹더라도 ELA 동안 유리 자체가 뜨거워지지 않습니다. 이 때문에 ELA는 표준의 저비용 유리 패널에서 수행할 수 있습니다. 이것이 ELA가 AMOLED 휴대폰 디스플레이용 LTPS를 만드는 유일한 방법인 이유입니다.
대형 마더 글라스 기판에서 ELA를 수행하기 위해 엑시머 레이저의 일반적인 직사각형 빔은 일반적으로 패널 너비인 가는 라인 빔으로 모양이 바뀝니다. 이 가는 라인 빔은 유리 패널에 초점을 맞추고 전체 길이에 걸쳐 스캔하여 원하는 실리콘 용융 및 재응고를 달성합니다.
ELA 생산
매년 약 15억 개의 휴대폰이 생산됩니다. 각 상위 제조업체는 매일 약 100만 대의 휴대전화를 만듭니다. 말할 필요도 없이 이들 회사는 생산 공정이 매우 안정적이고 비용이 저렴하기를 원합니다. 이러한 양의 생산에서는 어셈블리 라인이 잠시라도 멈추거나 폐기물을 생성하는 경우 엄청난 비용이 소요되기 때문입니다.
Coherent LineBeam 시스템은 모든 주요 디스플레이 제조업체에서 사용하는 비용 효율적인 대용량 ELA 솔루션입니다.
Coherent가 생산 ELA가 제조업체가 요구하는 품질, 신뢰성, 처리량 및 비용 특성을 달성하도록 보장하는 유일한 방법은 통합 UV 레이저 및 광학 시스템인 Coherent LineBeam을 공급하는 것입니다. 실제로 업계에서 대용량 ELA 시스템은 몇 가지 다른 구성 요소를 통합하기 때문에 각 구성 요소는 잘 수행되어야 하고 시스템의 다른 부분과도 완벽하게 작동해야 합니다. 이러한 구성 요소에는 다음이 포함됩니다.
- 엑시머 레이저 – Coherent VYPER 시리즈 – 고반복률로 매우 높은 에너지 펄스를 전달하고(필요한 처리 속도 달성을 위해) 뛰어난 안정성 및 긴 작동 수명을 제공하도록 제작되었습니다.
- 직사각형 엑시머 레이저 빔을 사용하는 LineBeam 광학 장치는 매우 일관된 강도를 갖는 길고 가는 선으로 모양을 변경합니다. 이는 ELA 프로세스의 특성이 빔을 따라 위치에 따라 달라지지 않도록 하기 위해 필요합니다.
- 프로세스 품질 및 일관성을 확인하고 보장하기 위한 능동 모니터링 및 제어 시스템.
ELA는 고품질 평면 패널 디스플레이 생산에 없어서는 안될 도구입니다. 그리고 Coherent는 제조업체가 차세대 대형 휴대전화 및 태블릿 장치에 사용하려는 더 큰 크기의 마더 글라스를 처리하기 위해 LineBeam 시스템을 계속 확장하고 있기 때문에 이는 금방 변경될 것 같지 않습니다.
