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KAIST, 차세대 반도체 나노구조 공정 핵심기술 ‘3차원 노광 공정’ 개발

생산속도↑·생산비용↓…원하는 물성 나노물질 효율적 구현 가능

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2022-05-27 11:00 송고
역설계 연산을 활용해 목표 소재를 구현하는 패터닝 기술 모식도. (KAIST 제공) © 뉴스1

KAIST 신소재공학과 전석우·신종화 교수 공동연구팀이 차세대 반도체 공정 핵심기술인 3차원 나노구조를 단일 노광으로 제작하는 방법을 개발했다.

27일 KAIST에 따르면 노광 공정이란 빛을 이용해 실리콘 웨이퍼에 전자회로를 새기는 것을 말한다.

최근 리소그래피 및 패터닝 기술의 발달로 소재의 형상을 나노스케일에서 구현하는 기술이 발달함에 따라 기존 소재의 물성을 극복하는 메타 소재 및 3차원 프린팅 연구가 주목받고 있다.

특히 3차원 나노소재를 구현하기 위해 활용되는 기존 공정들은 구현하는 구조의 자유도, 생산성, 정밀도를 모두 만족하기 어려운 점이 있어 이를 개선하기 위한 다양한 시도가 진행 중이다.

공동연구팀은 수반행렬 방법(Adjoint method) 기반 역설계 알고리즘을 활용해 적은 연산으로 원하는 형태의 나노 홀로그램을 생성하는 위상 마스크의 격자구조를 효율적으로 찾아내는 방법론을 제시했다.

연구팀은 광감응성 물질에 단 한 번의 빛을 쏘아 목표하는 나노 홀로그램을 형성하고 물질화해 원하는 3차원 나노구조를 한 번의 노광으로 구현할 수 있음을 실험적으로 증명했다.

이 알고리즘은 수식으로 표현된 목표 디자인을 최소한의 계산 경로로 찾아내는 알고리즘이며 행렬 연산을 활용해 많은 계산량을 효율적으로 처리한다는 장점이 있다.

기존의 단순한 주기적 위상 마스크 패턴은 수직 입사하는 빛으로 특정 배열의 나노구조만을 발생시켰다.

이번 연구는 기존의 반도체 노광공정이 갖는 자유도의 한계를 극복하고 더 나아가 보다 복잡한 나노구조를 구현할 수 있다는 것을 이론적, 실험적으로 증명한 연구라고 할 수 있다.

특히 기존 방식에 비해 훨씬 더 낮은 비용과 공정으로 제작할 수 있는 근거를 마련한 획기적인 연구 결과다.

한편 이번 연구는 저명한 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 온라인판에 지난 25일 게재됐다.


km5030@news1.kr

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