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카메라 플래시로 7나노미터 차세대 반도체 제작 한다고집적 반도체 소자를 만들기 위해서는 패턴을 매우 작게 형성하는 리소그래피 기술 개발이 필수
박현진 기자 | 승인 2017.09.13 13:03
사진은 연출된 이미지로 플래시 광을 이용한 반도체 패턴 형성 모습이다(사진:KAIST)

고분자 분자조립 기술은 수 나노미터 수준의 패턴 형성이 용이하며 공정비용이 저렴하기 때문에, 종래 반도체 미세화 기술을 대체할 차세대 기술로서 많은 각광을 받아 오고 있다. 그러나 고분자의 분자조립을 유도하려면 고온 열처리나 유독성 증기 처리가 장시간 필요하기 때문에, 공정 효율이 중요한 산업계에 응용하는데는 한계가 있었다.

이에 KAIST(총장 신성철) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 카메라의 플래시를 이용해 플래시 광조사라는 전혀 새로운 공정을 도입하여, 대면적에서 수 밀리초 내에 나노패턴형성이 가능한 초미세, 초고효율 리소그래피 기술로 반도체를 제작하는 기술을 개발했다.

이 기술은 반도체용 7나노미터 패턴 기법으로 한 번의 플래시를 조사하는 것만으로 대면적에서 초미세 패턴을 제작할 수 있다. 향후 고효율, 고집적 반도체 소자 제작 등에 활용 가능할 것으로 기대되며, 이번 연구는 진형민 연구원, 박대용 박사과정이 공동 1저자로 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 8월 21일자 온라인 판에 게재됐다.

플래시 광을 이용한 분자조립 패턴 형성 모식도

4차 산업혁명의 주요 요소인 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 등의 기술에는 고용량, 고성능 반도체 소자가 핵심적으로 필요하다. 이러한 차세대 고집적 반도체 소자를 만들기 위해서는 패턴을 매우 작게 형성하는 리소그래피(Lithography) 기술의 개발이 필수적이다.

현재 관련 업계에서는 작은 패턴 제작에 주로 광 리소그래피(Photolithograph) 기술을 이용하고 있다. 하지만 이 기술은 10나노미터 이하의 패턴을 형성하기엔 한계가 있으며, 고분자를 이용한 분자조립 패턴 기술은 공정비용이 저렴하고 10나노미터 이하 패턴 형성이 가능해 광 리소그래피를 대신할 차세대 기술로 각광받고 있다. 그러나 고온 열처리나 유독성 증기 처리에 시간이 많이 소요되기 때문에 대량 생산이 어려워 상용화에 한계가 있다.

좌)김상욱 교수, 우)진형민 연구원

연구팀은 고분자 분자조립 패턴 기술의 문제 해결을 위해 순간적으로 강한 빛을 내는 카메라 플래시를 활용했다. 플래시 빛을 이용하면 15 밀리 초(1밀리 초 : 천분의 1초) 내에 7나노미터의 반도체 패턴을 구현할 수 있고, 대면적에서 수십 밀리 초의 짧은 시간 내에 수 백도의 고온을 낼 수 있다.

연구팀은 이 기술을 고분자 분자 조립에 응용해 단 한 번의 플래시를 조사하는 것으로 분자 조립 패턴을 형성할 수 있음을 증명했으며, 연구팀은 고온 열처리 공정이 불가능한 고분자 유연 기판에도 적용이 가능함을 확인했다. 이를 통해 차세대 유연 반도체 제작에 응용할 수 있을 것으로 보인다.

연구팀은 카메라 플래시 광열 공정을 분자 조립 기술에 도입해 분자 조립 반도체기술의 실현을 앞당길 수 있는 고효율의 기술이라고 밝혔다. 연구를 주도한 김상욱 교수는 “분자조립 반도체 기술은 그 잠재성에도 불구하고 공정효율 제고가 큰 숙제로 남아 있었다”며 “이번 기술은 분자조립기반 반도체의 실용화에 획기적 해결책이 될 것이다”고 말했다.

한편 KAIST 신소재공학과 이건재 교수, 부산대학교 재료공학과 김광호 교수와의 공동으로 진행된 이번 연구는 과학기술정보통신부 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단과 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.

박현진 기자  nwngm@naver.com

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