한국전기연구원, 반도체·디스플레이업계 숙원 ‘원통형 나노노광장비 원천기술’ 세계 최초 개발
원통형 나노패턴 인쇄장비 사진. 오현석 박사팀은 초정밀 자기부상기술을 이용, 진공 속에서 공중에 띄운 원통모양의 금형소재를 초정밀하게 회전 및 이송시키면서 빛으로 가공하여 대면적 나노패턴을 원통금형의 둘레에 이음매 없이 인쇄할 수 있는 나노노광장비의 원천기술을 확보하였다.
오현석 박사가 초정밀 자기부상 기술을 이용, 진공 속에서 공중에 띄운 원통모양의 금형소재를 나노미터급으로 초정밀하게 회전 및 이송시키면서 빛으로 가공하여 대면적 나노패턴을 원통 금형의 둘레에 이음매 없이 인쇄하는 과정을 설명하고 있다.
이것은 국내 반도체 및 디스플레이업계의 오랜 숙원인 나노미터급의 정밀도를 가진 대면적 인쇄전자기술의 가능성을 제시한 것으로, 향후 우리나라가 차세대 반도체·디스플레이 분야에서 세계 시장을 주도하는데 크게 기여할 것으로 전망된다.
한국전기연구원(KERI / 원장 유태환 www.keri.re.kr)은 6월16일 밀양시, 부산대와 공동으로 부산대 내이캠퍼스(구, 밀양대학교) 내에 ‘밀양나노센터’ 개소식을 갖고 오현석 박사팀이 3년에 걸친 연구 끝에 개발한 ‘원통형 대면적 나노패턴 인쇄장비(나노노광장비)의 원천기술인 자기부상기술을 응용
한 원통형 나노스테이지와 이를 적용한 나노노광장치’를 공개했다.
차세대 반도체, 디스플레이용 고휘도 광학필름 소자, 차세대 태양전지 소자 등의 양산을 위해서는 기판 위에 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 미세 무늬(나노패턴)를 대면적으로, 연속 인쇄할 수 있는 기술이 필요하다.
이 문제의 해결을 위해 유럽, 일본, 국내 굴지의 기업 및 연구소들이 관련 기술개발에 심혈을 기울이고 있으나 아직까지 이를 만족시킬 만한 생산 장비나 기술은 출현하지 않고 있다. 따라서 현재까지는 나노패턴이 새겨진 평판금형을 이용해 소형기판 위에 마치 도장을 찍듯이 눌러서 새길 수 밖에 없었기에 나노패턴 인쇄를 위해 상당한 시간이 소요됨은 물론, 큰 면적으로 인쇄하는데도 한계가 많았다. 결국 어쩔 수 없이 패턴의 불연속(끊김)이나, 일정 범위의 오차를 허용하면서 작은 면적의 나노패턴을 이어붙이는 짜깁기 방법을 시도하는 곳도 있으나 여전히 적정 품질수준을 확보하지 못하고 있는 상황이다.
이번에 개발된 원천기술은 전량 수입에만 의존하던 고부가가치 제품, 예를 들어 △엘시디(LCD)용 고휘도 광학필름 △차세대 디스플레이 제품용 광학 소자 △전자기기 외장 고급화용 필름 △화폐 및 상품권 보안용 홀로그램 필름 △고효율 태양전지 및 연료전지 패널 △전파식별(RFID) 태그 △고휘도 엘이디(LED) 조명 등 각종 대면적 마이크로 및 나노패턴 가공기술을 응용한 제품에 적용할 수 있다. 특히 그동안 인쇄전자 기술의 한계로 인해 도전할 수 없었던 독창적이고 혁신적인 다양한 제품개발을 통한 새로운 응용산업의 출현을 촉진하고 기존의 공정을 대체함으로써 생산 공정의 대폭적인 단축 및 생산성 향상을 가능하게 하여 전 세계 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 업계에 큰 변혁을 몰고 올 것으로 예상된다.
개발 총괄책임을 맡고 있는 오현석 박사는 “차세대 반도체, 디스플레이의 핵심기술로 간주되고 있는 인쇄전자 원천기술을 확보함으로써, 차세대 반도체, 디스플레이의 개발경쟁에서 한 걸음 앞서 갈 수 있는 계기를 마련하게 됐다는 점에서 그 의미가 크다”고 강조하고, “특히 이번에 개발된 원천기술은 대면적 나노인쇄가 가능한 각종 공정 및 관련 장비 기술로, 핵심 노광장비 외에 주변 전후 공정장비의 개발을 통해 반도체, 디스플레이, 태양전지 관련 핵심 장비산업에 있어서도 획기적인 전환기를 마련하게 됐다.”고 의미를 설명했다.
이번 기술은 한국전기연구원을 중심으로 참여업체인 ㈜상진미크론, ㈜쓰리에스엠케이(3SMK)가 3년에 걸쳐 100억여 원의 연구비를 투자하여 공동개발했으며, 핵심 공정 및 장비와 관련한 원천기술을 독자적으로 확보하여 총 8건의 국내외 특허를 출원해 놓고 있다. 현재 오현석 박사팀은 밀양나노센터 내에 청정실을 구축하여 원통형 나노노광장비 개발을 업체와 공동으로 추진하고 있으며, 2010년 제품 출시를 목표로 하고 있다.
본 원천기술이 적용 가능한 디스플레이용 고휘도 광학필름 세계 시장규모는 2009년 91억 달러로 예상된다. 인쇄전자 분야에서는 2015년에 250억 달러의 새로운 시장이 형성될 것으로 기대되며, 연 평균 10% ~ 15%의 성장이 예상되고 있다.
한편, 16일 열린 한국전기연구원 밀양나노센터 개소식에는 엄용수 밀양시장, 유태환 한국전기연구원장, 김인세 부산대학교 총장 등 300여명의 내외빈이 참석하여 세계적 성과 창출을 축하하고 센터의 발전을 기원했다.
[용어설명]
· 노광공정 및 나노노광장비 : 노광(露光)공정(optical lithography)은 필름에 빛을 가해 인화지 위에 형상을 만드는 사진 제조과정과 같이, 반도체나 엘시디(LCD) 제조공정에서 회로도가 그려진 포토마스크(필름)에 빛을 가해 엘시디 유리기판, 반도체 웨이퍼 위에 회로 패턴을 그리는 과정이다.
노광장비(Stepper)는 반도체나 엘시디 등 디스플레이 회로공정 라인에서 사용되는 핵심 장비로 반도체 및 디스플레이 산업 발달에 있어서 병목이 되고 있는 기술이다. 전체 장비 비용에서 차지하는 비중이 점차로 커지고 있으며 1대당 수 백억 원에 달하는 고가임에 반해 대부분 해외 소수 기업들이 과점하고 있으며, 우리나라의 경우 국외에서 전량 수입하고 있다.
· 인쇄전자기술 : 인쇄전자기술은 기존의 전자제품을 생산하는 방식과는 달리 신문이나 잡지, 포스터 등의 인쇄물을 제작하는데 사용해 온 인쇄기술을 전자부품의 제조에 적용하는 기술이다. 이러한 기술은 다양한 응용 가능성, 초박막, 높은 유연성을 가진 저가 대량 생산 방법으로 대형 광고판, 안내판, 일회용 디스플레이, 전파식별(RFID), 스마트 카드 등 활용도가 매우 높다. 최근에는 반도체나 태양전지 등의 제조 분야에도 이러한 인쇄전자기술을 접목시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
· 나노패턴 인쇄 : 나노패턴 인쇄기술은 나노미터(㎚·10억분의1m) 단위의 매우 미세한 공간에서 회로를 제작하는 기술이다.
한국전기연구원 개요
한국전기연구원(KERI)은 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 1976년 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후 2017년 기관평가에서 우수 등급을 획득하는 등 최고 수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. 현재 경남 창원에 소재한 본원 외에 2개의 분원(안산, 의왕)이 있으며, 전체 직원수는 620여명에 달한다. KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정하여 국가사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진하고 있다. 주요 업무분야는 차세대전력망 및 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기, 중전기기 시험인증 등이 있다.
웹사이트: http://www.keri.re.kr
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한국전기연구원 산업전기연구본부 나노공정장비연구그룹
오현석 박사
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