일본이 한국 수출을 금지한 ‘포토레지스트(감광제)’를 쓰지 않고도 10㎚(나노미터) 이하의 초정밀 반도체를 제조할 수 있는 기술이 개발됐다. 포토레지스트는 반도체 광식각(포토리소그래피) 공정의 핵심 소재다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손정곤 책임연구원팀은 이 같은 기술을 개발해 관련 논문을 글로벌 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실었다고 21일 밝혔다.

연구진은 특수 고분자 물질인 ‘블록공중합체’가 스스로 ㎚ 이하 미세패턴을 만드는 ‘자기조립’ 성질을 이용했다. 블록공중합체는 두 가지 이상의 저분자물질(모노머)이 블록모양으로 반복돼 결합한 고분자물질을 말한다. 열을 가하거나 용매에 녹이면 특별한 모양으로 바뀌는데 이를 ‘자기조립’이라고 한다.

블록공중합체는 일본이 독점하는 포토레지스트를 대체할 신소재로 주목받아왔다. 그러나 블록공중합체 나노패턴 공정은 회로 기본 단계인 수직 패턴을 구현하는 것부터 까다로운 과정이 필요해 상용화가 어려웠다. 하나의 블록공중합체를 써서 한 번의 수직 패턴을 새기는 데 매번 다른 방법을 써야 했기 때문이다.

KIST 연구진은 ‘아르곤 플라즈마’를 이용해 블록공중합체 수직구조를 간단히 구현하는 방법을 제안했다. 연구진은 블록공중합체 박막에 아르곤(Ar) 플라즈마 처리를 하면 3~5㎚ 크기의 얇은 가교층(고분자 사슬 간 화학적 결합이 이뤄지는 곳)이 형성된다는 사실을 알아냈다.

또 이 가교층을 통해 블록공중합체의 모양과 종류에 상관없이 수직 패턴을 구현할 수 있다는 것을 실험으로 입증했다. PS-b-PMMA, PS-b-P2VP 등 서로 다른 여섯 가지 블록공중합체를 이 가교층을 통해 열처리 또는 솔벤트 용매처리한 결과 모두 수직 패턴이 만들어졌다. 포토레지스트를 통해 회로패턴을 새기는 공정을 블록공중합체로 대체할 가능성이 확인된 것이다.

손정곤 연구원은 “그동안 난제로 여겨졌던 블록공중합체 수직배향 문제를 해결한 것”이라며 “수평 배향 방법까지 더해진다면 실제로 10㎚ 이하 초미세 반도체 제조 공정에 적용해 생산 단가를 절감할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com