복잡한 나노 패턴 쉽고 빨리 제조 가능해져
복잡한 나노 패턴 쉽고 빨리 제조 가능해져
  • 하주화
  • 승인 2019.09.18 23:00
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UNIST 김소연 교수팀 기술 개발
블록 공중합체 박막내 흡착층 조절
10일 ACS 센트럴 사이언스 게재

반도체나 디스플레이 등에 필요한 정밀하고 복잡한 나노 패턴을 쉽고 빠르게 제조할 수 있는 기술이 나왔다.
 울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 김소연 교수팀이 고분자 중 하나인 블록 공중합체의 박막 내 흡착층(adsorbed layer)을 조절, 복잡한 나노 패턴을 대면적으로 제조하는 방법을 개발했다고 18일 밝혔다.

 나노 패터닝은 반도체 칩이나 광전소자 제조 과정에서 아주 미세하고 규칙적인 모양(패턴)을 만드는 기술이다. 
 최근에는 블록공중합체를 이용한 나노패터닝이 많이 연구되고 있는데, 블록공중합체란 서로 다른 고분자가 고분자 사슬에 화확적으로 연결된 구조다.
 블록공중합체는 반발력과 인력에 의해서 스스로 모양을 만드는 자기 조립성(self-assembly)을 가지고 있으며, 이 성질은 나노 패터닝에 응용할 수 있다.
 그러나 실제 반도체나 디스플레이에 필요한 나노 패턴은 기존의 블록 공중합체로 형성하는 것보다 훨씬 복잡하다. 

 블록 공중합체를 활용해 이를 충족하려면 추가로 복잡한 공정이 필요하고, 비용과 시간도 천문학적으로 들어간다. 
 김소연 교수팀은 새로운 블록 공중합체 자기조립 시스템을 구현해 기존보다 정밀하고 복잡한 나노 패터닝에 성공했다. 
 블록 공중합체 박막 기판 바로 위에 수 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 두께로 형성되는 흡착층을 '물/공기 계면에서 자기조립된 블록 공중합체'로 바꾸는 방법이다.
 흡착층은 블록 공중합체로 나노 패터닝을 할 때 고분자와 기판 사이에 형성되는 아주 얇고 무질서한 구조의 막을 말한다. 

 이 얇은 층은 전체 블록 공중합체의 성질을 조절하는 역할을 하는데, 연구팀이 이를 다른 형태로 바꾼 것이다. 
 연구팀은 '물/공기 계면에서 자기조립된 블록 공중합체'를 기판에 옮겨 수 나노미터 두께의 흡착층을 만들었다. 
 그 위에 새로운 블록 공중합체 박막을 만들자 전체 블록 공중합체의 자기조립 현상이 달라졌다. 인위적으로 만들어진 흡착층이 나노 패터닝 과정에 가해지는 열이나 힘을 견딜 수 있을 정도로 안정적으로 변했다. 

 또 자연적 흡착층의 형성을 막아 상부의 블록 공중합체 자기조립을 조절했다. 이로써 기존의 나노 패턴보다 더 복잡한 형태의 새로운 나노 패턴을 대면적으로 얻을 수 있었다. 
 김소연 교수는 "'물·공기 계면 자기조립 블록 공중합체가 기판에 비가역적으로 흡착한다는 것'을 발견한 것은 최초이며 매우 의미 있는 일"이라며 "비가역적으로 흡착된 계면 자기조립 블록 공중합체는 향후 다양한 계면과학 연구에도 적용이 가능할 것"이라고 기대했다. 
 이번 연구는 종합화학 분야 세계적 권위지인 'ACS 센트럴 사이언스'에 9월10일 게재됐다. 하주화기자 usjh@