[포커스]50nm급 나노공정 원천기반 기술 개발 후 상용화 성공

[산업일보]
나노 임프린트 리소그라피 공정을 50nm급 이하로 최적화하는데 사용할 수 있는 ‘나노공정용 측정 및 평가 원천기술’을 상용화 수준으로 개발해 큰 화제를 모으고 있다.

한국기계연구원 마이크로응용역학팀(팀장 이학주)은 과학기술부 나노메카트로닉스 기술개발사업단의 지원으로 나노 공정 조건을 최적화 하는데 사용할 수 있는 박막 기계적 물성 측정기술을 개발했다고 1월 10일 발표했다.

이에 앞서 작년 11월 한국기계연구원 나노메카트로닉스 기술개발사업단(단장 이상록)의 이응숙 박사 연구팀이 50nm급 UV 나노 임프린트 리소그라피 공정 및 장비를 개발해 세계적 수준의 나노 기술력을 인정받은 쾌거를 이룬 바 있다.

마이크로응용역학팀의 이번 성과는 50nm급 나노 임프린트 리소그라피 장비가 개발된 지 3개월이 채 안돼 이뤄진 것으로, 세계 최고 수준의 기술력을 달성한 것으로 평가받고 있다.

박막 기계적 물성 측정기술은 나노 구조물 설계에 필수적인 기계적 물성 값을 측정하기 위한 것이다. 즉, 탄소성, 점탄성, 피로, 열팽창, 다층 계면 에너지 등의 특성을 50nm이하 수준에서 측정해 회로 패턴 제작 시 발생될 수 있는 에러를 최소화할 수 있는 나노공정 최적화에 적용 가능한 기술이다.

마이크로·나노 구조물은 거대 구조물과 달리 특이한 거동을 보이는 경우가 많아 구조물의 특성을 측정하는 것이 중요해 이번 측정 기술의 확보는 50nm 이하급 나노 공정 장비 개발의 중요한 관문을 통과한 것이라고 볼 수 있다.



미소인장·피로 시험기 및 AFM 이용 물성 측정 모듈 개발

이번에 개발된 박막 기계적 물성 측정기술의 핵심은 마이크로응용역학팀에서 자체 개발한 초정밀 미소인장 / 피로 시험기이다. 이 시험기에는 5nm 수준의 면내(In-plane) 변위분해능까지 실시간 분석할 수 있는 비접촉식 변형률 측정장치(ISDG)를 장착했다. 면내 분해능 5nm급은 세계적으로 가장 높은 수준의 분해능이다.

ISDG는 Young의 이중 슬릿 간섭현상(Young's two-slit interference phenomenon) 원리를 사용하는 변위 계측 시스템으로서, 1989년 NASA에서 노치 밑의 탄소성 변형률(elastoplastic strain at a notch root)과 균열 열림 변위(crack opening displacement) 측정에 적용될 수 있는 시스템이 개발되면서 본격적으로 등장했으며, 최근에는 미세전자기계시스템(MEMS, Micro Electro Mechanical System) 및 NEMS 구조물에 대한 연구가 활발해지면서 ISDG 방법을 효과적으로 사용하고 있다.

한편 마이크로응용역학팀은 원자력현미경(AFM)을 이용한 기계적 물성 측정 모듈
(Module)도 개발했다.
이번에 개발된 AFM 기계적 물성 측정 모듈은 외팔형 탐침이 표면을 분석할 때 미끄러지는 현상(In-plane Lateral Motion)을 방지하기 위한 것으로, MEMS 공정을 통해 개발된 마름모꼴 대칭형 탐침이 핵심이다. 기판 표면을 분석할 때 발생하는 미끄럼을 방지하는 기술은 세계 최초로 개발된 것이다.

연구진은 이번 연구결과를 1월말 터키에서 개최되는 국제전자전기공학회(IEEE), MEMS 학회에서 공개할 예정이라고 밝혔다.



(주)알앤비에 기술 이전, 차기 제품도 준비중

이번에 개발된 레이저 변형률 측정 기술과 미소 인장 시험 기술은, 고부가가치의 특성/평가장비로서 상용화 전망이 매우 밝다. 이미 레이저 변형률 측정 기술은 재료 시험기 개발 업체인 (주)알앤비에 기술 이전된 상태이다.

(주)알앤비에 이전된 동일 기반 기술을 통해 선보인 제품은 ‘LINE(Laser Interferometric Nano Extensometer)'이라는 브랜드의 레이저 변형률 측정 장비이다.

중요 특징으로는 세계 최고 수준의 5nm급의 면내 변형 측정 해상도를 꼽을 수 있으며, 박막이나 코팅 재료 등 변형률 측정이 매우 어려운 경우에도 측정이 가능하다. 또한 비접촉 방식이므로 고온에서의 물성 측정에도 활용할 수 있다.
(주)알앤비는 “'LINE'은 박막, 생체재료, 중합체 및 반도체 등의 재료시험에 적용돼 각 관련 산업 발전에 크게 이바지할 것”으로 전망했다.


자료 : 한국기계연구원
정리 : 김현도 기자(graphy@daara.co.kr)