'나노 모자이크'로 반도체 더 작아진다

나노 모자이크 코팅된 기판 표면의 전자현미경 사진.

[아시아경제 황준호 기자] 회로 기판 위에 나노 크기의 미세한 회로를 손쉽게 그릴 수 있는 기술이 개발됐다. 반도체 소자 소형화에 기여할 기술이 될 것으로 예상된다. 김소연 울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 교수의 연구팀은 나노 모자이크 코팅을 이용한 블록공중합체 패턴 제어 기술을 개발해 관련 연구 결과가 나노 분야 국제 학술지인 ACS 나노(ACS Nano)에 실렸다고 23일 밝혔다.

나노 모자이크 기술로 블록공중합체 패턴 제어

연구팀은 ‘나노 모자이크’ 코팅 기술을 통해 블록 공중합체 박막의 계면을 정확하고 정교하게 통제해 블록 공중합체 나노 패턴을 얻는 데 성공했다.

고분자 용액을 물 표면에 몇 방울 떨어트리면 조밀한 점 무늬인 나노 모자이크가 만들어지는데 이렇게 형성된 나노 모자이크 위에 블록 공중합체를 올려 원하는 형태의 나노 패턴을 얻을 수 있는 방식이다. 블록 공중합체와 기판 사이의 나노 모자이크 막(코팅)이 계면 에너지를 조절 하는 컨트롤러 역할을 한다. 나노 모자이크 간격을 얼마나 조밀하게 만드느냐에 따라 계면에너지의 크기를 쉽게 조절 할 수 있다.

블록 공중합체는 고분자 물질로 스스로 머리카락 10만분의 1 두께로 특정 패턴을 만드는데 이를 활용해 나노 크기의 패턴을 정밀하게 조절할 수 있게 된 것이다.

이 기술은 더 작은 반도체 미세 소자를 개발하는데 쓸 수 있다. 미세 소자는 강한 빛을 이용해 기판에 회로를 그리는 리소그래피 공정을이용해 제작한다. 더 성능 좋은 전자기기를 만들려면 반도체 크기가 작아져야 하고, 회로 폭도 더 가늘어져야 한다. 하지만 현재 기술로는 10나노미터 폭 이하로는 회로 구현이 힘들다. 게다가 공정 비용이 비싸고, 각종 화학약품을 사용하는 문제도 있다.

반도체 소자 소형화에 기여

제1저자인 김동협 UNIST 화학공학과 연구원은 "블록 공중합체를 패터닝 하려는 기판을 고분자 용액을 떨어뜨린 물 표면에 통과하기만 하면 나노 모자이크가 영구적(비가역적)으로 코팅된다"며 "기판의 종류와 모양에 관계없이 코팅이 가능하다"고 설명했다.

연구팀은 실리콘 기판 외에도 인듐틴옥사이드, 몰리브덴 기판 등 16가지 종류의 기판에 나노 모자이크를 코팅해 블록 공중합체 나노 패터닝에 성공했다. 또 미세한 피라미드나 원통모양의 형태의 기판에도 나노 모자이크 코팅을 적용해 3차원 나노패터닝이 가능했다.

김소연 교수는 "블록 공중합체 나노 패터닝은 차세대 리소그래피 방식으로 주목을 받았지만 정확한 계면조절이 필요하다는 한계점이 있었지만 나노 모자이크 코팅이라는 간단한 방식을 이용해 블록 공중합체 박막의 계면을 조절하는데 성공했다"며 "나노 모자이크 코팅은 기존 고분자 박막 계면 조절 방식보다 훨씬 간단해 대면적으로 산업화가 용이하며, 향후 다양한 시스템의 계면조절에 응용할 수 있을 것"이라고 전망했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr