기계연구원, 선폭 400나노미터급 레이저 직접 리소그래피 장비 개발
기계연구원, 선폭 400나노미터급 레이저 직접 리소그래피 장비 개발
  • 엄재성 기자
  • 승인 2021.08.12 09:38
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반도체, 바이오센서, 의료 소자 등 제조장비 국산화로 외산 기술 대체 청신호

한국기계연구원(원장 박상진)이 국내 최초로 400㎚(나노미터)급 레이저 직접 리소그래피 장비 국산화에 성공했다. 반도체 생산성을 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 기대를 모은다.

기계연구원 나노공정장비연구실 이재종 연구위원과 임형준 책임연구원 연구팀은 400㎚ 수준의 미세한 초점을 초당 40㎜ 속도로 이동하며 기판 위에 코팅된 레지스트를 가공할 수 있는 레이저 리소그래피 장비를 개발했다.

선폭 400㎚급 레이저 직접 리소그래피 장비. (사진=기계연구원)
선폭 400㎚급 레이저 직접 리소그래피 장비. (사진=기계연구원)

레이저 리소그래피는 기판 위에 레지스트에 레이저 빔의 초점을 맞추면, 레지스트가 빛에 의해 반응하여 경화되면서 매우 작은 형상을 만들어낼 수 있는 기술이다.

연구팀은 다양한 레이저 중 파장이 405㎚ 인 청자색 레이저 다이오드를 이용하여 400㎚ 크기의 아주 미세한 초점을 만들고 이를 이용해 기판을 가공하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 장비를 이용하면 레이저 초점이 크기 200㎜의 기판 위를 초당 40㎜ 속도로 이동하면서 마치 도화지 위에 가느라단 펜으로 그림을 그리듯이 가공할 수 있다.

이에 더하여 작은 초점으로 넓은 면적에 적용하면서 길어지는 공정시간을 단축하기 위해 공정의 선폭을 최대 50배까지 키울 수 있는 기술을 고안하고, 특허도 출원했다.

나노 수준의 리소그래피 기술은 차세대 반도체 리소그래피 기술 중 하나로 각광받고 있다. 현재 상용화 된 리소그래피 기술은 독일, 네덜란드 등이 주도하고 있다. 국내에서는 평면과 비평면의 기판 위에 400㎚ 수준의 정교한 패턴을 구현한 것은 이번이 처음이다.

이번에 개발된 기술을 적용하면 기존 리소그래피 기술로 구현하는데 한계가 있는 3차원 나노-마이크로 복합구조체를 구현할 수 있을 뿐 아니라 임의의 형상 표면에도 나노구조체를 구현할 수 있다.

이는 향후 바이오센서, 의료용 소자, 마이크로 광학 소자 및 미세 유체 채널 제작에 활용될 전망이다. 또한, 고가의 외산 장비를 대체하는 효과도 거둘 것으로 기대된다.

이재종 박사 연구팀은 국가연구개발사업을 통하여 개발한 대면적 나노임프린트 공정장비 개발과 개발한 나노임프린트장비의 상용화에 성공한 연구역량을 바탕으로, 새로운 개념의 레이저 리소그래피 장비 개발과 기술의 고도화를 통해 연구 장비의 상용화 가능성을 높일 수 있었다.

임형준 책임연구원은 “레이저 직접 리소그래피는 기계, 광학, 재료, 전자공학 등 다양한 분야가 융합되는 대표 기술”이라며 “생산 공정의 경제성을 획기적으로 개선할 수 있어 향후 세계 시장의 주도권을 확보할 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 이번 연구는 H-Guard 연구단 (과학기술정보통신부 글로벌 프론티어사업) 지원으로 수행한 ‘3D 나노-마이크로 하이브리드 구조체 제작 플랫폼 및 IVD (in-vitro diagnosis, 체외진단) 시스템 통합기술 개발’ 및 나노소재기술개발사업 ‘자유곡면 나노제조공정·시스템 개발 및 비혈액성 질병 모니터링소자 응용’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.


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