반도체공정용 나노미터급 임프린팅 장비 개발
과학기술부의 21세기 프론티어 연구개발사업인 나노메카트로닉스기술개발사업단(단장: 이상록 박사)의 지원을 받은 한국기계연구원(원장: 박화영 박사) 이재종 박사 연구팀은 “반도체 광 리소그래피 장비가 가지고 있는 회절한계를 극복하고, 반도체공정에 적용할 수 있는 70nm 이하의 패턴을 제작할 수 있는 나노 임프린팅 장비를 개발했다”고 밝혔다.
나노 임프린팅 기술이란 접촉 방식으로 나노미터크기의 패턴을 웨이퍼 등에 인쇄하는 프린팅기술의 일종으로, 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 2003년 이후로 국제 반도체기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors)에서 선폭 22nm 수준의 패턴을 구현할 수 있는 차세대 리소그래피 후보 기술로 선정되어 한창 주목받고 있는 신생기술 분야이기도 하다. 현재 전 세계적으로 불과 몇 개의 기업에서 연구개발 용도의 장비를 개발 판매하고 있는 실정으로, 실제 제품 생산라인에 적용되기까지 아직은 기술적으로 해결되어야 하는 요소가 많이 있다.
본 연구팀은 세계시장 진출 및 경쟁력을 높일 수 있는 독창적인 나노임프린팅 장비를 개발했으며, 국내뿐 아니라 미국, 일본, 유럽 등에 특허출원을 통하여 나노장비의 핵심기술을 확보했다.
개발된 나노 임프린팅 장비의 핵심기술은 칩 크기의 다중 임프린팅 유니트 부분으로, 웨이퍼 형상에 따라 서로 다르게 힘을 가할 수 있는 특징을 가지고 있으며, 상온에서 미소한 압력(2bar 이하) 으로 나노 임프린팅이 가능하다. 본 장비 개발과 아울러 선폭 20nm의 스템프 제작 공정기술을 개발하였으며, 4인치 웨이퍼를 기준으로 선폭 70nm이하의 나노임프린팅 가능한 나노 임프린팅 장비의 시장진출이 가능할 것으로 예측된다. 개발된 기술은 기업에 이전하여 산·학·연 공동으로 상품화 모델을 개발 중에 있다.
개발 책임자인 이재종 박사는 “나노부품의 대량생산을 위한 핵심장비기술 확보로, 기능성 광학부품(그레이팅 렌즈, 광학필터 등), 나노센서 및 나노구조물을 갖는 나노부품 제작분야에 파급효과가 클 것”으로 전망하며, “본격적인 나노 임프린팅 장비 실용화를 선도하고, 세계시장 선점에 유리한 위치를 확보할 수 있는 초석을 마련했다”고 말했다.
또한, 연구팀은 다층막 나노 임프린팅을 위한 25nm이하의 정렬기술 및 8인치 이상의 대면적에 적용할 수 있는 핵심기술을 개발하고 있어 기술개발이 완료되는 2008년에는 현재의 기술로 구현이 어려운 다층막(multi-layer) 공정이 가능한 나노 임프린팅 장비의 상품화가 가능할 것으로 예측된다.
현재 선진국의 경우 대부분 단층막(Single layer) 임프린팅 공정을 구현하고 있어, 다층막 공정 구현이 실용화될 경우 장비기술의 경쟁력 확보는 물론, 보다 다양한 제품 생산에 적용이 가능하여 실용화에 근접하게 될 것이 분명하다.
나노임프린팅 장비의 세계시장규모가 2004년에는 140억원으로 예측되고 있으며, 2009년에는 4,600억원 이상 으로 추정되고 있으나 나노 임프린팅 공정이 차세대 리소그래피기술로 각광을 받게 되면서 급속히 성장할 것으로 예측된다. (참고: Semiconductor for Microlithography : Materials & Markets, 2003)
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