연세대학교(총장 서승환) 심우영 교수(신소재공학과) 연구팀의 기존 포토마스크의 한계를 극복한 새로운 포토리소그래피(Photolithography) 기술 개발에 관한 연구 결과가 12일 세계적인 과학저널 네이처커뮤니케이션즈(Nature Communications) 최신호에 게재됐다.

학교 측은 “기존의 노광장비와 새로운 소프트마스크로 고해상도 구현을 위한 수십 나노미터(nm) 크기의 패턴을 쉽게 구현할 수 있으며, 굴곡 있는 기판에도 적용 가능해 다양한 형태의 디스플레이 생산 공정에 효과적으로 활용될 것으로 기대된다”며 “해당 기술은 LCD뿐 아니라 OLED에도 적용 가능하다”고 했다.

포토리소그래피는 반도체나 디스플레이 제조 공정에서 설계된 패턴을 웨이퍼나 글라스 상에 형성하는 가장 중요한 공정으로, 포토레지스트라고 불리는 감광액을 실리콘 웨이퍼나 글라스 위에 놓고 빛을 쬐어 반도체 회로를 형성하는 기술이다. 이 기술은 글라스 위에 금속패턴으로 만들어 놓은 포토마스크에 빛을 쬐어 생기는 그림자가 기판에 전사되며 이를 통해 원하는 전자회로를 단시간에 복사할 수 있어 대량 생산에 용이하다. 하지만 빛을 이용하는 공정의 특성 때문에 동반되는 빛의 회절현상이 해상력 저하를 발생시킨다는 단점이 있어 이를 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되어왔다.

이번 연구는 추가 투자 없이 기존의 노광장비로도 현재 만들 수 있는 크기의 100분의 1 수준에 이르는 미세 패턴을 구현할 수 있다는 가능성을 확인한 연구라는 데 의의가 크다고 학교 측은 전했다. 연구팀이 개발한 ‘소프트마스크를 통한 초근접노광기술’은 빛의 회절현상을 최소화하여 일반적인 외부광원(g-line(436nm) 혹은 i-line(365nm))으로도 수십 나노미터 수준의 패턴을 쉽게 구현할 수 있어 경제적이며 효율적이라고 한다. 또한 노광 초점조절이 가능해 평평하지 않은 굴곡이 있는 기판에도 적용할 수 있어 사물인터넷과 플렉시블 전자기기 공정 등 다양한 분야의 응용이 가능해질 전망이다.

심우영 교수는 “이 연구는 빛의 회절한계를 극복할 수 있는 포토리소그래피 공정을 개발했다는 점에 의의가 있으며, 평면뿐만 아니라 곡면 기판에도 적용이 가능해 향후 다양한 형태의 소자 공정에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

공동 저자인 LG 디스플레이 장기석 박사는 "본 연구에서 개발된 포토리소그래피 기술은 미래 디스플레이 발전에 크게 기여할 수 있는 씨드(Seeds, 종자) 기술로 기대된다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 LG디스플레이의 산학 협력 차원 인큐베이션 과제 지원을 통해 수행한 연구 결과로, LG디스플레이는 지난 2015년부터 디스플레이 산업의 발전을 위한 산학 프로그램인 ‘LG디스플레이-연세대 인큐베이션 프로그램'을 운영해오고 있다. 이 프로그램은 기업과 대학이 함께 디스플레이 기반 기술 및 제품들에 대한 아이디어를 모으고 산업화 관점에서 실현될 수 있도록 기획하고 연구·검증하는 프로젝트다.

본 연구는 개발기간이 3년에 달하고 총 25명의 연구원들이 참여한 대형프로젝트로, 한국연구재단 미래소재디스커버리 연구사업, 선도연구센터 연구사업 및 기초과학연구원 지원도 함께 이뤄졌다.

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