차세대 유연전자소자 대량생산 기반…연속 패터닝 시스템 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국기계연구원은 나노융합연구본부 장원석 본부장 연구팀이 실시간 패턴 보정이 가능한 디지털 리소그래피 스캐너를 개발하고 이를 롤투롤 이송시스템과 결합해 유연전자소자의 연속 패터닝 기술을 구현했다고 29일 밝혔다.

아울러 미세 구동 거울(DMD) 기반 디지털 노광 기술과 초정밀 이송 제어 기술을 융합해 기판 변형과 위치 오차를 실시간으로 보정할 수 있는 시스템을 구축했다.

연구팀이 개발한 롤투롤 디지털 리소그래피 시스템은 원하는 영역에만 자외선을 조사하는 방식으로 작동한다. 이를 위해 롤투롤 공정에 적합한 노광 시스템과 초정밀 이송 제어 기술을 개발해 최소 선폭 10나노미터(㎛) 이하의 고해상도 패터닝 성능을 구현했다.

또 기판 이송 과정에서 발생하는 사행과 장력 변형을 실시간으로 측정·보정해 안정적인 패턴 형성이 가능하게 했다.

기존 디지털 노광 기술은 평면 스테이지 기반으로 구동돼 장비 크기에 따라 기판 크기가 제한되는 한계가 있었다. 유연기판을 보조 기판에 붙였다 떼는 우회 공정을 거쳐야 해 불량 발생률도 높았다.

반면 이번에 개발된 시스템은 회전하는 곡면 롤 위에서 직접 패터닝이 이루어지는 라인빔 노광 구조를 적용했다. 보조 기판 없이 유연기판을 직접 이송하면서 미세한 비틀림이나 흔들림을 실시간 비전 측정으로 즉각 보정해 초정밀 패턴을 새겨 넣는다.

이 기술은 별도의 노광 마스크를 제작할 필요 없이 소프트웨어 설계만으로 다양한 패턴을 즉각 구현할 수 있어 제품 개발 기간과 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 기판 길이에 제한이 없는 대면적 양산이 가능하다.

롤투롤 노광을 위해서는 롤필름의 진동을 최소화하는 공정이 필요하다. 연구팀은 이를 위해 원통형 구조물 상에서 노광 공정이 가능한 디지털 노광 헤드를 개발하고 8나노미터급의 최소 패터닝 성능을 구현했다.

장 본부장은 "유연 PCB를 비롯해 고해상도 유연전자소자, 반도체 패키징 공정 등 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대한다"며 "향후 롤 표면 패터닝을 위한 디지털 노광 공정에도 활용할 수 있어 응용 범위가 더욱 확대될 것으로 전망된다"고 말했다.

한편, 이번 기술은 기계연 기본사업 '실시간 보정형 롤투롤 패터닝 장비 핵심기술 개발' 과제를 통해 개발됐다. 기계연 연구팀은 SCI 논문 총 25편을 발표, 국외특허 9건 출원 및 1건 등록, 국내특허 12건 출원 및 12건 등록 등 누적 기술료 3억2000만원의 성과를 거뒀다.

jongseo12@news1.kr