고정밀 나노패터닝 공정 개발... 김소연 UNIST 교수팀

고정밀 나노패터닝 공정기술을 개발한 김소연 UNIST 교수(오른쪽)와 김예찬 연구원.

전자 소자에 나노패턴을 쉽게 입힐 수 있는 공정기술이 개발됐다.

UNIST(총장 정무영)는 김소연 에너지 및 화학공학부 교수팀이 권석준 KIST 책임연구원, 허수미 전남대 교수팀과 공동으로 블록공중합체를 이용해 나노패턴의 크기와 구조를 손쉽게 조절할 수 있는 고정밀 저결함 나노패터닝 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

'블록공중합체'는 박막상태에서 다양한 나노미터 크기의 패턴을 자발적으로 형성하는 물질이다. 소자 성능과 직결되는 패턴 구조와 패턴의 크기 조절에 용이하지만 패턴 방향을 정렬하고 패턴 내에 생기는 구조 결함을 제거해야 하는 추가 공정이 필요해 실제 적용에 한계가 있었다.

김 교수팀은 블록공중합체의 패턴 구조 형성을 제어해 구조 결함을 미리 없애는 방법의 새로운 고정밀 대면적 나노패터닝 공정 기술을 개발했다.

김 교수팀은 블록공중합체 소재로 폴리스티렌-폴리 고분자를 사용했다. 이 고분자를 40nm 정도의 박막으로 만들어 실리콘 기판 위에 스핀 코팅했다. 여기에 전단응력을 가해 대면적 기판에서 한 쪽 방향으로 패턴 정렬을 유도했다.

블록공중합체를 이용해 나노패턴을 단계적으로 완성하는 과정을 전자현미경으로 관찰한 연구사진.

전단응력을 가한 방향으로 패턴은 정렬됐지만 여러 부분에서 구조적 결함이 남았다.

김 교수팀은 이 결함을 테트라하이드로퓨란(THF)과 톨루엔을 혼합한 용매로 증기 처리해 제거했다. 증기 용매를 고분자 박막에 침투시켜 박막을 부풀리고 고분자 사슬 간에 여유 공간을 만들어 불안정한 결함 구조가 자연스럽게 제거되도록 만들었다.

이 공정으로 형성한 나노패턴을 시험한 결과, 패턴 배향성, 결함밀도, 선패턴균일도 등에서 획기적으로 향상된 품질 상태를 나타냈다.

김 교수는 “공정은 단순하지만 원하는 패턴에 우수한 패턴 품질도 확보할 수 있다”면서 “블록공중합체 이외에 여러 물질에 적용 가능해 반도체 뿐 아니라 광전소자, 플라즈모닉 소자 등 다양한 소자의 나노 패터닝 기술 개발에 기여할 것”이라 말했다.

이 연구결과는 미국과학진흥회가 발행하는 '사이언스 어드밴시스' 14일자에 실렸다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com

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