반도체 소자 제조 핵심기술
광전소자 등에도 적용 기대
UNIST(총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부 김소연 교수팀(사진)이 KIST 권석준 책임연구원, 전남대 허수미 교수팀과 공동으로 블록공중합체를 이용해 효과적으로 넓은 면적의 나노패턴을 제조하는 방법을 개발했다고 16일 밝혔다.
블록공중합체는 고분자 사슬 간의 서로 모이거나 밀어내는 성질이 작용해 스스로 나노구조를 만드는 특성(자기조립성)이 있다. 이런 특성 덕분에 블록공중합체로 나노 패턴을 만들면 다른 공정보다 저렴하고 빠르게 결과물을 얻을 수 있지만 패턴 방향을 정렬하고 패턴 내 구조적 결함을 제거하는데 비싸고 공정이 복잡해 실제 적용에는 한계가 있다.
연구진은 패턴의 방향 정렬과 패턴 내 결함을 차례로 정복해나가는 ‘분할정복’ 방법을 통해 이 문제를 해결했다.
먼저 블록공중합 박막 위에 가로로 밀어주는 힘을 가해 나노패턴의 방향성을 주고 이어 톨루엔 등의 액체를 증기로 만들어 쐬게해 고분자 박막의 내부에 침투시켰다. 이 과정에서 부풀어 오른 박막에 상대적으로 공간이 넓어졌고, 이 덕분에 고분자 사슬이 스스로 움직이면서 적절한 간격을 둔 패턴으로 재배열됐다.
연구진은 이 방식으로 엄지손톱 크기와 비슷한 면적의 소자에 나노패턴을 새기는 데 성공했다. 연구진은 ‘선패턴균일도’라는 개념을 개발해 패턴의 품질이 얼마나 향상됐는지 분석해 품질 향상을 입증했다.
김소연 교수는 “블록공중합체를 이용한 나노 패터닝에 관한 연구는 많지만 큰 면적의 나노 패턴에서 배향 문제와 결함 제거를 한 번에 해결한 연구는 드물다”며 “반도체 뿐만 아니라 광전소자, 플라즈모닉 소자등 다양한 소자의 나노 패터닝에도 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스 6월14일자에 게재됐다. 김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr