OLED Photolithography Positive Type Photoresist 공정이란?

💡 1. Positive Type PR 공정이란?

Positive PR은 빛을 받은 부분이 현상액에 녹아 없어지는 특성을 가진 감광성 물질입니다. 즉, 노광된 영역이 제거되고, 노광되지 않은 영역이 남는 방식으로 패턴이 형성됩니다.

이와 반대로 Negative PR은 빛을 받은 부분이 경화되어 남고, 노광되지 않은 부분이 제거됩니다. Positive PR은 해상도가 높고 미세패턴 형성에 유리하여, AMOLED 공정의 TFT 배선 형성, 콘택홀 에칭, PDL 패터닝 등 다양한 영역에서 널리 사용됩니다.

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📘 2. OLED 디스플레이에서의 Positive PR 적용 공정 개요

OLED 디스플레이의 주요 공정 중 Positive PR이 사용되는 단계는 다음과 같습니다:

                    공정 단계                                             주요 목적                                                 PR 패턴 적용 대상

 

TFT 공정	배선 형성, 채널 패터닝	금속층, 산화막, 반도체층
PDL 공정	픽셀 정의, 유기물 증착 영역 확보	유전체층
Encapsulation 공정	봉지층 개구 형성	유기/무기 적층층
Cell 공정	Pad, Seal 구조 정의	PI층, Glass 등

 

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🧪 3. Positive PR 공정의 세부 단계

Positive PR 공정은 다음의 여러 단계로 구성되어 있으며, 각각은 공정 조건과 장비 특성에 따라 정밀하게 제어됩니다.

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3-1. PR 코팅 (Spin Coating)

• 목적: 웨이퍼나 패널 전체에 균일한 PR 층을 형성
• 공정:
  1. PR 용액을 패널 중앙에 떨어뜨림
  2. 고속 회전을 통해 원심력으로 고르게 분포
  3. 목표 두께 (예: 1~2 μm)로 조절
• 변수:
  • 회전 속도 (RPM)
  • 회전 시간
  • PR 점도
  • 온도 및 습도

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3-2. Soft Bake (Pre-Bake)

• 목적: PR 내 잔여 용매 증발 및 점착력 향상
• 조건: 일반적으로 90~110°C에서 수분간
• 장비: Hot Plate, Convection Oven 등
• 결과: PR 표면이 건조되고 노광이 가능해짐

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3-3. 노광 (Exposure)

• 목적: PR에 빛을 노출시켜 감광 반응 유도
• 장비: 스테퍼(Stepper) 또는 마스크 얼라이너(Aligner)
• 노광 방식:
  • Contact/Proximity: 마스크와 기판이 직접 맞닿거나 근접
  • Projection (Step-and-Repeat): 렌즈를 통해 패턴 축소 후 노광
• 파장대:
  • g-line (436 nm), i-line (365 nm)
  • DUV (248 nm) 및 EUV도 연구되고 있음
• Positive PR의 원리:
  PR 내부의 감광제(Diazonaphthoquinone, DNQ 등)가 빛을 받아 **산(acid)**을 생성 → PR이 수용성으로 변함 → 현상액에 녹아 제거됨

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3-4. 현상 (Development)

• 목적: 노광된 영역 제거 → 패턴 형성
• 현상액: TMAH (Tetramethylammonium Hydroxide) 수용액
• 방법:
  • Dip 방식: 액상에 담금
  • Spray 방식: 액상 분사
  • Puddle 방식: 표면에 일정 시간 머금게 함
• 현상 조건:
  • 시간, 농도, 온도 등에 따라 정밀 제어 필요
  • 과도한 현상 시 언더컷 발생 가능

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3-5. Hard Bake (Post-Bake)

• 목적: PR 패턴 안정화 및 내식성 강화
• 조건: 110~130°C,
• 효과:
  • 패턴 수축/열화 방지
  • 플라즈마 에칭, 습식 에칭 내성 향상

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3-6. 식각 (Etching)

• PR 패턴을 마스크로 사용하여, 하부 층(금속, 산화막, PDL 등)을 에칭함
• Etching 방식:
  • Wet Etching: 용액을 사용한 화학적 식각
  • Dry Etching (RIE): 플라즈마를 활용한 물리-화학 복합 식각

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3-7. PR 제거 (Strip)

• Etching 후, 남아 있는 PR은 반드시 제거
• 방법:
  • 화학적 제거 (NMP, PGMEA)
  • 플라즈마 아싱 (O₂ Plasma)
• 주의:
  • 기판 손상 방지
  • 금속/산화막 위 PR residue 제거 필수

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🏭 4. OLED 디스플레이용 Positive PR 공정의 응용 예시

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4-1. TFT 구조 형성

LTPS나 Oxide TFT에서 게이트, 소스/드레인, 콘택홀 등의 패턴을 Positive PR로 정밀하게 형성한다.

• PR 정밀도: 수 μm 이하까지 요구됨
• 해상도: 5 μm 이하의 L/S 패턴
• 배선 패턴 정밀도는 디스플레이 해상도 및 수율에 직결

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4-2. PDL (Pixel Define Layer) 패터닝

OLED 증착 전에 RGB 발광층을 위치시킬 개구를 만드는 공정

• Positive PR로 원하는 패턴을 형성 → 유전체를 에칭 → PR 제거
• 정렬 정확도는 서브픽셀 단위에서 수십 μm 이내

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4-3. 봉지 개구부 정의

TFE에서 필요한 Pad Open 등 노출 부위를 PR로 패턴하여, 불필요한 영역까지 봉지되지 않도록 조절

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⚠️ 5. Positive PR 공정 시 주의사항

• CD(Control Dimension) 정밀도: 미세 선폭 제어는 해상도와 직접 연관
• PR 유동성: Bake 공정 시 PR이 흘러내리면 패턴 왜곡 발생
• Particle 관리: 노광 중 미세먼지 존재 시 결함(Black spot, Mura) 유발
• PR 잔사(Remnant): 제거 불량 시 이후 증착 공정에서 불량

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🔬 6. Positive PR 재료 기술 동향

• ArF/DUV용 PR 개발: 고해상도 대응을 위한 저분자량 PR
• 수분 저항성 강화 PR: OLED 유기물 및 Encapsulation과의 호환성 향상
• Low-temperature PR: PI 기반 플렉서블 공정에 적합한 저온 경화 PR

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📈 7. 공정 최적화 및 자동화

OLED 산업에서는 수율 향상과 미세화 대응을 위해 PR 공정의 자동화 및 AI 기반 공정 제어가 도입되고 있다.

• AOI(자동광학검사) 기반 PR 결함 감지
• CD SEM(전자현미경) 활용 미세 패턴 모니터링
• AI 기반 공정 Recipe 튜닝

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✅ 8. 결론

Positive Type PR 공정은 OLED 디스플레이 제조의 핵심 기술 중 하나로, 고해상도 패턴 형성 및 정밀한 공정 제어가 필수적입니다. TFT 회로 형성, 픽셀 정의, 개구 형성 등 OLED의 모든 레이어에서 활용되며, PR 재료의 특성, 코팅 조건, 노광 시스템의 해상도, 현상 조건 등에 따라 패널의 수율과 품질이 결정됩니다.

특히 고해상도 모바일 OLED 또는 플렉서블 OLED에서는 Positive PR 공정의 정밀도가 더욱 중요해지고 있으며, 앞으로는 EUV 노광, AI 기반 공정 제어, 친환경 PR 소재 등으로의 기술 진화가 예상됩니다.