ETRI, 10nm 이하 나노 금형 복제 기술 개발

- 머리카락 1/10000 굵기 이하의 극나노 패터닝 복제 가능
- 세계 최고 수준 기술로 값싼 극나노 금형 대량 복제 시대 열어
- 세계적 권위지 『Journal of Materials Chemistry』표지 장식

극나노 기술의 신기원을 열 세계 최고 수준의 나노 금형 복제 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

ETRI(한국전자통신연구원, 원장 김흥남)는 10nm(머리카락 10000분의 1 굵기) 이하의 미세 패터닝이 가능한 나노 금형(mold)을 값싸게 대량 복제할 수 있는 원천 소재를 개발했다고 24일 밝혔다.

특히 이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 지난 7일 발행한 신소재·재료 분야의 세계적 권위지인 『저널 오브 머티리얼스 케미스트리(Journal of Materials Chemistry』의 뒤표지 논문으로 게재되어 연구의 독창성과 우수성을 대외적으로 입증했다.

이번에 개발된 복제 금형용 원천 소재는 종래의 방법과는 달리 이형제를 처리하지 않아도 쉽게 패턴 분리가 되는 소수성이 높은 저점도의 비점착성 재료로 한국과학기술연구원의 정연식 교수 연구팀이 제작한 하프피치(half-pitch) 8nm의 블록공중합체 마스터 나노 금형을 이용하여 미세 패턴 형성에 성공했다.

이번에 제작에 성공한 복제 금형은 높은 기계적 강도로 인해 반영구적으로 사용할 수 있는 장점을 확보했으며, 높은 유연성 확보로 평면뿐 아니라 곡면 상에도 나노구조물 제작이 가능하다. 실제 ETRI 연구팀은 페트 필름 위에 결함이 없는 8nm의 나노 구조물을 제작하는 데 성공했다.

또한 이번에 개발된 복제 금형 재료는 임프린트 공정에서 기포 결함을 제거한 패턴 구현이 가능한 것으로, 종래 고가의 극자외선(EUV) 장비를 사용하는 공정 대신 단시간 내에 저비용으로 대량 생산이 가능하다는 경쟁 우위를 확보했다.

현재 반도체, 디스플레이, 메모리, 센서 및 광학소자 등의 제작에 주로 사용되는 나노 패터닝 공정은 22nm 공정으로 극자외선(EUV: Extreme Ultraviolet) 액침노광(Liquid Immersion Lithography) 기술을 사용하고 있으나, 차세대 기술로 손꼽히는 10nm 이하의 나노 선폭을 구현하는 데에는 아직까지 기술적 한계에 부딪히고 있다.

특히 극자외선(EUV) 장비의 경우 대당 가격이 3천만 불 이상을 호가하는 초고가 장비로 극자외선을 발생시키는데 필요한 고전력 발생장치(high-power source) 제작, 노광 툴(exposure tool)의 효율 저하 등의 문제를 해결해야 과제를 안고 있었다.

이번 연구를 주도한 이봉국 ETRI 박사는 “10nm 이하의 극나노 금형 복제 기술은 현재 전 세계적으로 미국, 일본 등 소수 국가만이 보유하고 있는 고난이도 기술이다”면서 “이번 세계 최고 수준의 기술 개발로 우리나라는 나노기술 강국의 면모를 전 세계에 각인시키게 될 것이다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 지식경제부의 협동연구사업과 산업융합원천기술개발사업의 일환으로 개발된 것으로, ETRI 연구팀은 향후 이번 나노 금형 복제용 재료 기술을 바탕으로 디스플레이용 나노 패턴 필름 개발, Roll to Roll 대면적 편광 필름 개발 및 유연 전자소자 개발 등에 활용할 계획이다.

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