[시리즈 연재] 에필로그5: 마이크로일렉트로닉스

<2021 Coherent 10-K>

오늘은 코히어런트가 집중하는 분야 중 하나, 마이크로일렉트로닉스 분야를 알아보도록 하겠습니다. 일단, '마이크로일렉트로닉스'가 무엇인지부터 살펴보시죠.

초소형 전자기술. 일반적으로 소형화된 회로보다 더욱 소형화된 전자회로의 실현 또는 그 이용과 관련 된 기술 및 공학분야로서, 다양한 기술을 이용하여 소형 패키지 내에 회로나 장치를 짜넣는 기술 체계이다. - 사이언스올

즉, 마이크로일렉트로닉스는 초소형 전자 부품과 관련된 기술이라고 보면 될 것 같습니다. Coherent 공시에서는 어떻게 레이저 기술과 연결짓고 있는지 보시죠.

소형화 및 고성능화 추세가 가장 두드러지게 나타나는 곳은 스마트폰, 태블릿, 개인용 컴퓨터, 텔레비전, 웨어러블 기기 등이 주도하는 마이크로일렉트로닉스 시장입니다. 이러한 제품들은 디스플레이, 집적 회로, PCB(인쇄회로기판) 분야의 발전을 이끌고 있습니다. 반도체 및 소자 제조업체들은 시장 수요와 소비자 기대에 부응하여 더욱 작고 강력하며 신뢰성 높은 제품을 저렴한 비용으로 생산하기 위해 공정 및 설계 기술 개선에 끊임없이 노력하고 있습니다. 새로운 레이저 응용 분야와 신기술은 더 낮은 제조 비용으로 더 높은 해상도와 정밀도를 구현하는 데 핵심적인 역할을 합니다. - 2021 Coherent 10-K

아직까지는 레이저와는 전혀 무관하다고 느껴집니다. 뒷부분에 '제조 비용'이라는 단어가 눈에 들어오는데, 그럼 제조 과정에서 레이저가 어떤 역할을 하길래 Coherent는 마이크로일렉트로닉스에서 가장 큰 매출을 내고 있었을까요?

<2021 Coherent 10-K>

일단 <평면 디스플레이> 부분의 Coherent 측 설명을 그대로 보시죠. (하이라이트 중심으로 보시면 됩니다!)

대량 소비 시장의 성장은 휴대폰, 태블릿, 노트북, 텔레비전, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 사용되는 평면 디스플레이 생산을 견인하고 있습니다. 기존 디스플레이에는 액정 디스플레이(LCD)와 유기 발광 다이오드(OLED)가 있으며, 마이크로LED와 같은 신기술도 등장했습니다. 각 디스플레이는 서로 다른 기술을 기반으로 하며, 제조 공정에서 레이저 기술을 활용하여 생산량 증대, 공정 속도 향상, 배터리 수명 연장, 비용 절감, 그리고 디스플레이 밝기, 해상도, 주사율 향상 등의 이점을 제공합니다. - 2021 Coherent 10-K

레이저가 제조 공정에서 아주 핵심 역할을 하는 것 같습니다. 하나씩 자세히 들여다보겠습니다.

여러 종류의 디스플레이에는 고밀도 실리콘 박막 트랜지스터 패턴이 필요합니다. 이 실리콘이 비정질 실리콘이 아닌 다결정질일 경우 디스플레이 성능이 크게 향상됩니다. 엑시머 레이저 어닐링(ELA)과 같은 엑시머 기반 공정은 기존 유리 기판은 물론 플라스틱 기판 기반의 플렉서블 디스플레이에도 저온 폴리실리콘(LTPS)을 대량 생산할 수 있도록 합니다. - 2021 Coherent 10-K

일단 디스플레이의 원리를 생각해보시면, 수많은 픽셀로 구성되어 있고 일반적으로 하나의 픽셀에 세 가지 색깔의 서브픽셀로 구성되어 있습니다. 그리고 이 서브픽셀의 밝기를 조절해서 색을 표현하는 것이죠.

<삼성 디스플레이 블로그>

그러면 이 각각의 작은 서브픽셀의 밝기를 '조절'하는 장치가 필요한데 그게 바로 트랜지스터입니다. 디스플레이에서는 유리나 플라스틱 같은 대면적 기판 위에 픽셀 구동 회로를 직접 형성해야 하므로, 박막 형태로 제작되는 TFT(Thin Film Transistor)가 사용됩니다.

<삼성 디스플레이 블로그>

디스플레이의 원리를 생각해보시면 결국 '전기'를 흘려 보내서 '빛'을 내는 것입니다. 전기를 흘려 보낸다는 것은 전류를 의미하고 그것은 곧 전자의 이동입니다. 다시 말해, 전자의 이동이 원활하게 제어되어야 하죠. 원할 때 전자가 흐르고 원하지 않을 때는 전자가 멈춰야 합니다. 그리고 이걸 빠르게 조절할 수 있어야 합니다. 그래서 우리는 전도 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 '반도체' 물질로 이런 장치(트랜지스터)를 만들게 되고, 반도체의 대표적인 물질이 바로 실리콘입니다.

저런 트랜지스터를 만드는 데 그럼 언제 레이저가 사용되냐고요?

쉽게 기판 위에 깔 수 있는 실리콘은 보통 a-Si 즉, Amorphous Silicon으로 '정해진 형태가 없는' 실리콘입니다. 비정질 실리콘이라고 부르는데, 무질서하게 배열되어 있어서 전자이동도가 낮습니다. 그래서 트랜지스터로 사용하기에 한계가 있습니다.

<삼성 디스플레이 블로그>

그러면 이 무질서한 배열을 '질서'있게 만들면 되겠죠? 그 방법이 '레이저'를 이용해서 a-Si박막을 녹였다가 빠르게 식히면 '결정화'가 일어나며 질서있게 배열됩니다. 그러면 여러 결정립으로 이루어진 LTPS ...