국내연구진, 원통형 나노금형 제작 핵심기술 개발

차세대 반도체·디스플레이·태양전지 세계시장 주도 전망

[아시아경제 김철현 기자]나노미터(10억분의 1미터)급의 미세한 무늬를 대면적의 반도체, LCD 등의 기판이나 태양전지 등에 대량으로 정밀하게 인쇄할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

이번 연구 성과는 우리나라가 차세대 반도체·디스플레이·태양전지 분야에서 세계 시장을 주도하는 데 기여하는 한편, 입는 컴퓨터와 접을 수 있는 디스플레이와 같은 신기술 제품 출현을 앞당기는 계기가 될 것으로 전망된다.

한국전기연구원(원장 유태환)은 오현석 박사팀이 반도체 회로나 차세대 디스플레이, 태양전지 등의 대면적 나노·마이크로 패턴을 인쇄할 수 있는 원통형 나노노광 장비와 플라즈마 식각장비 및 일괄 공정 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

오현석 박사팀과 상진미크론, 쓰리에스엠케이, 뉴옵틱스가 4년여간 150억원의 연구비를 투자해 개발한 이번 기술은 31일 서울 역삼동 한국과학기술회관에서 발표된다.

한국전기연구원(KERI)은 이번 연구 성과로 차세대 반도체·디스플레이와 태양전지 산업에 필요한 대면적의 나노·마이크로 패턴 인쇄가 가능한 금형을 제작할 수 있는 일괄공정 체제를 갖추게 됐다고 설명했다.

이번 기술의 핵심은 원통형 '나노노광장비'와 '나노식각장비'를 이용해 원통 금형 표면에 직접 나노 구조물을 제작하는 것이다.

연구팀에 따르면 차세대 반도체, 디스플레이용 고휘도 광학필름 소자, 차세대 태양전지 소자 등의 양산을 위해서는 기판 위에 나노미터급 패턴을 대량 인쇄하기 위한 기술이 필요하다.

연구팀은 나노패턴 인쇄를 위한 나노금형 제작이라는 난제 해결을 위해 '초정밀 자기부상기술'을 활용했다고 설명했다. 자기부상기술로 공중에 띄운 원통모양의 금형소재를 나노미터급으로 정밀하게 회전 및 이송시키면서 전자빔으로 가공해 나노패턴을 원통 금형의 둘레에 인쇄할 수 있는 나노 노광장비를 개발했다는 것이다.

아울러 연구팀은 플라즈마 기술을 이용한 원통형 나노식각장비를 개발해 원통 소재의 금속 표면에 나노 구조물을 새기는 데 성공했다.


연구팀은 이번에 개발된 원통형 나노금형을 ▲차세대 반도체 ▲차세대 디스플레이 ▲차세대 태양전지 ▲위조방지 등에 직접 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 뿐만 아니라 공정비용 및 생산단가를 낮출 수 있어 저비용으로도 반도체 제품을 생산할 수 있을 것으로 관측된다.

또한 이번 기술은 대면적 디스플레이 산업의 고생산성과 고정밀화 요구에 대응할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

연구팀 관계자는 "기존 LCD TV에 사용되는 여러 장의 필름을 나노패턴이 새겨진 1개의 특수광학필름으로 대체해 이 분야에서만 5000억원 이상의 수입 대체 효과를 거둘 수 있을 것"이라고 설명했다. 특히 3D TV의 핵심부품인 '특수편광필터'와 '렌티큘라(Lenticular) 렌즈'를 대량으로 생산할 수 있어 3D TV 보급에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 또 이번 기술이 투명 디스플레이와 접는 디스플레이 등 차세대 디스플레이 산업에도 적용되면 경제적인 가격에 대량 생산이 가능할 것으로 내다봤다. 이 기술을 이용하면 반도체나 LCD 등에 회로 패턴을 그리는 노광(마스크)공정 없이 반도체 제작이 가능하고 빛의 회절한계를 극복할 수 있다는 것이다.

이 기술은 차세대 태양전지와 위조방지 제품 제조에도 응용할 수 있다는 것이 연구팀 측의 설명이다. 특히 홀로그램 패턴 제작에 이 기술을 적용하면 복사를 어렵게 만들어 신분증, 신용카드, 보안카드 등과 같은 플라스틱 카드 재질의 보안 제품과 지폐, 상품권 등과 같은 종이 재질의 금융 관련 보안 제품에 활용이 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 이번 기술 개발과 관련해 핵심 공정 및 장비의 원천기술을 독자적으로 확보, 총 12건의 국내외 특허를 출원한 상태다. 오현석 박사팀은 현재 밀양나노센터 내에 구축된 청정실에서 대면적 원통형 나노금형 및 관련 공정 장비의 시장 출시를 앞두고 있다고 밝혔다.

오현석 박사는 "평판형 전자인쇄 장비분야에서 세계적 기업인 미국 비스텍이 이번 연구성과를 보고 공동회사 설립을 제안할 만큼 국내외에서 많은 관심을 보이고 있다"며 "생산성과 효율이 제한적인 평판 인쇄 기술 대신 원통형 나노금형을 이용한다는 점에서 향후 반도체, 디스플레이 양산의 패러다임을 변화시킬 것"이라고 말했다.

한편 31일 열린 연구성과 발표회에서 KERI 유태환 원장은 미국의 유력 공정장비 기업인 비스텍社의 자이 하쿠(Jai K. Hakhu) 사장과 인력 및 기술정보교류, 공동연구 및 사업화 추진에 관한 MOU를 맺고 기술개발에 협력해 나가기로 했다.

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김철현 기자 kch@asiae.co.kr