[IT비즈뉴스 최태우 기자] 차세대 반도체공정으로 10나노(nm) 수준의 초미세 패턴 제작기술이 주목받고 있는 가운데 국내 연구진이 볼록공중합체에 적용할 수 있는 10나노 이하의 초미세 나노패턴 재작기술을 개발해 주목된다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사팀은 극자외선(EUV) 공정 대비 저렴하고 빠르게 대면적의 나노패턴을 얻을 수 있는 미세 패터닝 기술을 개발했다.

KIST에 따르면 손정곤 박사팀은 블록공중합체의 스스로 나노구조를 조성하는 자가조립(Self-Assembly) 특성을 이용했다. 블록공중합체(Block copolymer)는 2개 이상의 고분자가 하나의 고분자 사슬에 규칙적으로 연결된 고분자를 말한다.

그간 블록공중합체를 활용해 나노패턴을 만드는 과정에서 구조적 결함을 제거하고 패턴을 정렬하는 과정에서 기술적인 한계가 있었다. 특히 블록공중합체를 10나노 이하로 제작할 경우 패턴 전사에 필요한 수직 배향(Orientation)이 어려웠다.

기존에 진행됐던 연구들은 특정 블록공중합체에 대한 수직 배향을 구현하기 위해서 매번 임의의 고분자를 합성해서 각각 필름의 위와 아래에 도입하면서 복잡하고 실제 공정에 적용하는 데 제약이 있었다.

손정곤 박사팀은 필터를 도입한 플라즈마 처리방법으로 낮은 에너지의 입자들만 통과할 수 있도록 고분자 필름과 물리적인 충돌만 조성하면서 표면에 3~5나노 수준의 얇은 화학적 결합층을 형성했다.

여기에 블록공중합체 필름에 도입해 두 고분자들이 섞여있는 얇은 층을 형성하고 자연적으로 아래의 블록공중합체와 중립적인 경계면을 형성하면서 수직 배향을 구축하는 데 성공했다. 연구팀은 해당 공정을 통해 다양한 종류와 모양의 블록공중합체와 다양한 조건에서도 모두 수직 배향이 가능하다고 설명했다.

특히 이를 통해 반도체공정에서 3차원 입체구조 트랜지스터로 사용되는 핀펫(FinFET)을 모사한 3차원 구조를 구현할 수 있었고 미세 화학 패턴 위에서도 결함이 거의 없는 10나노 이하의 수직 줄무늬 패턴을 형성하는 것을 확인했다고 밝혔다.

KIST 손정곤 박사는 “이번 성과는 난제로 여겨졌던 범용적으로 사용가능한 블록공중합체의 배향 조절 이슈를 해결했다는 점이다. 이번 유도 자기조립을 통한 10나노 이하 패터닝 기술이 초미세 반도체기술로 적용되길 기대한다”고 소감을 밝혔다.

해당 연구결과는 세계적 과학저널인 네이처(Nature)의 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF : 11.88, JCR 분야 상위 6.52%) 최신호에 게재됐다.