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나노과학을 이용한 식각기술의 발

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글쓴이 김대웅 등록일 12-10-05 10:17
조회 1,835
    동향분석
    가공과정의 컴퓨터 칩 가장자리에 서 있는 나노크기의 자기자신을 상상해 보자. 쏘아진 전자 빔에 의해 정교한 형태가 조각된 후에 그랜드 케년(Grand Canyon)과 같은 협곡이 칩 상에 형성되도록 식각(etching)이 이루어진다.

    미국 에너지부(Department of Energy) 산하 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자들은, 이러한 개선된 식각기술 형태가 새로운 기술의 세계를 열게 될 것이라고 예고하고 있다.

    아르곤 국립연구소의 나노재료 및 에너지시스템 연구소(Center for Nanoscale Materials and Energy Systems Division)의 나노과학자인 Seth Darling과 동료들은, 서로 다른 재료 상에 패턴들을 어떻게 옮기는 방법을 혁신할 수 있는 잠재력을 확보하게 됨으로써 차세대 에너지, 전기기기 및 메모리 기술을 위한 새로운 기회를 제공하고 있다고 밝히고 있다.

    이 혁신적인 방법은 기존 기술에 새로운 트릭을 사용한 것이다. 재료과학 분야가 직면하고 있는 가장 최근의 이슈 중 하나에는, 전자빔(혹은 e-beam) 리소그래피(lithography)와 같은 고해상도 리소그래피에 더 적당한 기술개발을 포함하고 있다. 전자빔 리소그래피는 마이크로전자기기 및 차세대 센서를 포함한 가장 얇은 구조물을 제조하는데 사용된다. 전자빔이 그 과정에서 사용되며, 물체 위에 원하는 패턴을 인쇄하게 된다.

    재료에 더 깊게 패턴을 입히는 것은 과학자들이 더 나은 전자기기를 만드는데 도움이 된다. 전자빔 리소그래피를 사용하여 패턴을 형성하기 위해서, 연구팀은 레지스트(resist)라고 불리는 층 내에 패턴을 형성한 후 하부 기저체의 식각과정을 거쳤다.

    레지스트는 얇고 취약하기 때문에, 일반적으로 중간체인 hard mask를 레지스트와 기저체 사이에 위치하도록 한다. 이상적으로, hard mask는 원하는 형상으로 식각될 때까지 충분한 시간 동안 기저체에 부착되어 있으며, 이 후 깨끗하게 제거된다. 하지만 여분의 층은 흐림, 거친 말단 부위 및 비용상승 등의 결과로 나타난다.

    그러나 지난 수 년 동안, Darling의 연구팀은 sequential infiltration synthesis(SIS) 이라는 기술을 개발하였다. 나노크기 수준에서 디자인을 구축하는 또 다른 방법으로, SIS는 고분자 필름 내에서 무기물질의 조절된 성장을 가능하게 한다. 즉, 과학자들은 복잡하고 3차원적인 기하학적 구조를 갖는 독특한 특성의 재료를 만들 수 있다는 의미이다.

    연구팀은 SIS를 활용하여 얇고 정교한 레지스트 필름에 무기재료를 침윤시켜 강하게 만들 수 있었다. 즉 중간체인 mask를 사용할 필요성이 사라지므로, 부가적인 층에 의해 야기되는 문제점들도 모두 해결된다고 연구팀은 주장한다. 특정 조건에서 일부 레지스트는 다른 것들보다 더 뛰어난 성능을 보여주지만, 어떤 단일한 방법만으로는 쉬우면서고 깊고 신뢰성을 가질 수 있는 패턴을 형성하지 못한다고 덧붙이고 있다.

    스스로 다양한 나노구조로 변모할 수 있는 능력을 가진 분자인 블록 공중합체(block copolymer)과 sequential infiltration synthesis를 결합시킴으로써, 본 기술은 전자 빔 리소그래피(e-beam lithography)을 사용할 때 가능한 것보다 더 작은 형태를 만드는 데까지 사용영역을 확장할 수 있다. 핵심은 무기 전구체 분자와 블록 공중합체 성분의 하나와의 선택적 반응이 일어나도록 설계하는 것이다.

    본 기술은 다양한 가능성을 제공해 준다. 태양전지, 전자기기, 필터, 촉매 등 나노구조를 필요로 하는 모든 종류의 기기에 적용할 수 있으며, 무기재료의 기능성까지 제공해 준다고 본 기술 개발에 참여하였던 아르곤 국립연구소의 화학자인 Jeff Elam은 평가하고 있다.
    [이 게시물은 최고관리자님에 의해 2013-04-04 22:11:44 Free Board에서 이동 됨]

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