연구성과

김진곤 교수팀, 차세대 반도체용 리소그라피기술 개발

2015-09-14200
  나노패턴 만드는 ‘별’ 만들었다

김진곤

더 작은 크기로, 더 많은 데이터를 처리할 수 있는 차세대 반도체 소자를 만들기 위해서는 기판 위에 회로를 더욱 더 얇게 인쇄하는 기술이 필요하다. 여기에는 현재 빛을 이용한 광 리소그라피 공정(Photolithography)이 이용되고 있지만 20nm(나노미터) 이하의 아주 얇은 인쇄에는 한계가 있었다.
 
국내 연구진이 차세대 나노 크기의 패터닝(patterning) 공정에 응용할 수 있는, ‘별’ 모양의 고분자 조합체(블록공중합체)를 이용한 유도자기조립 리소그라피 기술을 개발해 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.
 
화학공학과 지능형 블록공중합체 연구단 김진곤 교수박사과정 장상신씨 연구팀과 서울대 화학생물공학부 이원보 교수팀은 열처리나 용매 처리 과정 없이 나노구조를 기판 위에 수직으로 배열할 수 있는 기술을 개발, 재료분야 권위지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)지를 통해 발표했다.
 
9일자 표지논문으로도 선정된 이 연구성과는 특히 나노구조의 수직화에 사용되어온 복잡한 과정을 생략해 산업체에서 손쉽게 응용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
 
블록공중합체를 이용한 유도자기조립 리소그라피 기술은 차세대 노광기술*1인 극자외선을 이용한 기술에 비해 생산비용이 저렴할 뿐 아니라 20nm 이하의 세밀한 공정도 가능해, EU 컨소시엄이 2014년 블록공중합체의 유도 자기 조립 기술을 산업화화기 위하여 약 60억원 규모의 ColiSA.MMP 프로젝트를 시작할 정도로 각광을 모으고 있는 기술이다. 하지만 블록공중합체를 실제 산업에 응용하려면 나노도메인의 수직 배열을 위해 장시간의 열처리나 용매처리를 필요로 한다. 특히 용매 처리가 필요한 기술은 대량생산을 목표로 하는 산업체에서는 현실적으로 응용하기 어렵다.
 
연구팀은 그간 사용되어 오던 블록공중합체의 모양을 선형 형태에서 별모양으로 설계했다. 별 모양 사슬의 구조 때문에 기판 표면을 자발적으로 중성화시킬 수 있어 금속이나 반도체, 구부러지는 고분자 기판 등 어떤 종류의 기판에서도 나노구조를 수직으로 형성했다.
 
연구를 주도한 김진곤 교수는 “이번 연구성과는 점차 작아지는 반도체에 필요한 복잡한 공정이나 높은 생산비 없이도 손쉽게 나노패턴을 만들 수 있도록 하는 기술”이라며 “차세대 반도체용 패턴 공정 뿐만 아니라, 구부러지는 기판에도 적용이 가능해 웨어러블 스마트기기의 고집적화에도 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
 
한편, 이 연구성과는 미래창조과학부가 지원하는 창의적 연구진흥 사업의 지원으로 수행됐다.
 
 

1. 노광기술

노광(exposure)은 미세회로를 형성시키기 위해 기판에 드라이 필름을 붙이거나, 액상형 감광제를 코팅한 뒤 이 기판 위에 패턴이 미리 형성된 포토마스크를 진공으로 밀착시켜 정렬한 다음 감광제가 광화학반응을 일으킬 수 있도록 특정 빔을 노출시켜 감광작용을 유도하는 과정을 말한다.