APS도 '레이저 패터닝 4000PPI FMM' 정부과제 외에 실리콘 기반 마스크 개발 계획
"삼성D의 이매진 인수로 실리콘 방식, 올레도스 섀도마스크 주력 기술로 부상" 평가
FMM 업체 오럼머티리얼(옛 티지오테크)이 XR 기기용 올레도스(OLEDoS) 섀도마스크 개발에 박차를 가하고 있다. 오럼머티리얼은 실리콘 기판에 인바를 전기주조도금(전주도금) 방식으로 코팅하는 올레도스용 FMM을 6년째 개발 중이다. 지난해 삼성디스플레이가 미국 올레도스 업체 이매진을 인수한 뒤 올레도스 섀도마스크 기술에서 실리콘 기판 기반 방식이 주력 기술로 부상하고 있다.
19일 업계에 따르면 오럼머티리얼은 산업통상자원부의 'AR(증강현실)·VR(가상현실)용 5000PPI(Pixels Per Inch)급 고해상도를 갖는 양산용 올레도스 FMM(파인메탈마스크) 개발' 과제를 수행 중이다. 연구기간은 지난해 4월부터 내년 12월까지다. 이번 개발과제 전체 연구비는 26억원, 지난해 연구비는 8억5400만원이었다.
오럼머티리얼은 지난 2019~2022년 '800PPI급 모바일용 및 3000PPI급 AR·VR용 OLED FMM과 초정밀급 측정·조립·검사기 개발' 과제를 진행한 바 있다. 연구비는 모두 36억원이었다. 지난해 4월부터 내년 12월까지 진행하는 개발과제는, 2019~2022년 진행한 과제의 후속 과정이다.
오럼머티리얼은 실리콘 템플릿(프레임)에, 전주도금 방식으로 FMM 소재인 인바(Invar·니켈-철 특수합금)를 코팅하는 'EST'(Electroforming on Silicon Template) 공법을 통해 '실리콘 프레임 일체형 FMM'을 만들 계획이다.
해당 과제 1차년도 개발내용은 3000PPI 이상을 지원하는 올레도스용 8인치 크기 FMM 개발이다. 이를 위해 4마이크로미터(µm) 이하 전주도금 기술, 실리콘 기판과 전주도금 인바의 접합 기술 등을 개발해야 한다. 과제 2차년도 이후부터는 화소밀도 5000PPI 지원과, 12인치 크기 FMM 개발 등으로 진행될 것으로 예상된다.
오럼머티리얼 관계자는 "EST 방식 FMM은 실리콘 웨이퍼 위에 반도체 공정 패터닝을 진행하고, 이 실리콘 기판 위에 전주도금 방식으로 인바를 코팅한 뒤 실리콘 기판을 그대로 FMM 프레임으로 사용하는 기술을 고안해 기존 FMM 방식의 화소정밀도(PPA) 변형폭을 대폭 개선했다"고 밝혔다. 이어 "기존 FMM 방식은 FMM 스틱을 프레임에 옮겨 용접함으로써 3000PPI 이상 고해상도 화소정밀도를 맞출 수 없다"고 덧붙였다.
레이저 패터닝 방식을 통한 4000PPI FMM 국책과제를 수행 중인 APS는 물론, 오럼머티리얼도 실리콘 기판 기반 방식 FMM 개발에 박차를 가하면서 전체적으로 올레도스 섀도마스크에서는 실리콘 기판 기반 방식, 그리고 전주도금 방식을 통한 인바 형성 등이 주력 기술로 부상하고 있다는 평가가 나온다.
레이저 패터닝 방식 FMM을 개발해왔던 APS도, 지난해 하반기 실리콘 기판 기반 방식 FMM을 개발 중이란 소식이 업계에 알려진 바 있다. APS는 실리콘 기판 위에 전주도금 방식으로 인바를 코팅하고, 노광 공정과 건식 식각 공정을 통해 FMM 패턴을 만든 다음, 후면 식각(Back Etch)으로 패턴이 형성된 인바 후면의 실리콘 기판을 깎아내고, FMM 테두리(프레임)에만 실리콘을 남기는 'FDM'(Fine Dry etching Mask) 등 개발을 계획 중이다.
FMM 프레임에 실리콘을 남겨두면, FMM 프레임이 금속일 경우 발생할 수 있는 '실리콘 웨이퍼와 FMM 프레임의 열팽창계수 차이로 인한 변형'을 최소화할 수 있다. 실리콘 웨이퍼에 OLED를 증착할 때 발생하는 열 때문에 실리콘 웨이퍼도 변형될 수 있는데, FMM 프레임 소재가 실리콘이면 실리콘 웨이퍼와의 열팽창계수 차이로 인한 변형폭을 줄일 수 있다.
한 업계 관계자는 "압연 방식으로 인바를 얇게 만드는 기존의 톱다운(Top Down) 방식 FMM에서 인바 두께는 10µm, 화소밀도는 1000PPI 수준이 한계였다"며 "최근 개발 중인 올레도스용 FMM 기술처럼 전기분해 방식으로 인바를 코팅하는 바텀업(Bottom Up) 방식을 사용하면 인바 두께는 수 um, 화소밀도는 수천 PPI 수준이 가능할 수 있다"고 밝혔다. 그는 "실리콘 기판 기반 방식 마스크 기술 부상에는 삼성디스플레이의 이매진 인수 영향이 컸다"고 평가했다.
삼성디스플레이가 지난해 5월 인수한 미국 올레도스 업체 이매진은, 현재 오럼머티리얼과 APS 등이 개발 중인 프레임에만 실리콘을 남기는 실리콘 기판 기반 금속 마스크가 아니라, 소재가 실리콘인 마스크를 사용한다. 이매진 방식에서는 실리콘 기판 위에 실리콘 나이트라이드를 증착하고 반도체 노광 공정으로 패턴을 만든 뒤 실리콘 기판을 깎아낸다. 이 방식에서 마스크 재질은 금속이 아니라 실리콘 나이트라이드다. 실리콘 소재여서 세정과 반복 사용이 어렵다는 단점이 있지만, 경제성보다는 신뢰성이 중요한 미국 국방부용 올레도스 제작에 사용되고 있다.
디일렉=이기종 기자 [email protected]
《반도체·디스플레이·배터리·전장·ICT·게임·콘텐츠 전문미디어 디일렉》
