KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)은 손정곤 광전하이브리드연구센터 박사팀이 반도체 칩이나 광전소자 제조에 사용되는 나노 패터닝 기술을 다양한 종류와 모양의 블록공중합체에 쉽고 간단하게 적용할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

블록공중합체는 두개 이상의 고분자가 하나의 고분자 사슬에 규칙적으로 연결된 고분자를 이른다. 블록공중합체의 스스로 나노구조를 만드는 자기조립 특성을 이용해 저렴하고 빠르게 대면적의 초미세 나노 패턴을 얻을 수 있어 차세대 반도체 제조 기술로 각광 받는다.

그러나 블록공중합체를 이용한 나노패턴을 만드는 과정에서 구조적 결함을 제거하고 패턴을 정렬해야 하는 등 기술적 한계가 있었다. 특히 블록공중합체를 10나노 이하로 제작할 경우, 패턴 전사에 필요한 수직 배향이 어려웠다.

기존 보고된 연구들은 블록공중합체의 수직 배향을 구현하기 위해 임의의 고분자 합성, 각각의 필름 도입 등 공정이 까다롭고 복잡해 실제 적용이 쉽지 않았던 게 사실이다.

손정곤 박사팀은 필터를 적용한 플라즈마 처리 방법으로 낮은 에너지 입자들만 통과하는 얇은 가교층을 만들었다. 이 가교층을 블록공중합체의 표면에 도입, 3~5나노 수준의 얇은 화학적 결합층이 생기도록 해 수직 배열이 가능했다는 게 연구팀의 설명이다

손정곤 박사는 "이 기술을 실제 반도체 공정에서 3차원 입체구조 트랜지스터로 사용되는 핀펫을 모사해 구현할 수 있었고 10나노 이하의 수직 줄무늬 패턴도 가능했다"면서 "그동안 난제로 여겨졌던 블록공중합체의 배향 조절 이슈를 아주 간단하게 해결했다. 이번 유도 자기조립을 통한 10 나노 이하 패터닝 기술이 초미세 반도체 공정 기술로 실질적으로 적용되길 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 KIST 기관고유사업, 한국연구재단 중견연구자지원 사업으로 수행됐다. 연구결과는 Nature 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF : 11.88, JCR 분야 상위 6.52%) 최신호에 게재됐다.