나노기술 및 정책 정보

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노 포토리소그래피(photolithography)는 칩 제조 및 마이크로 나노 가공 분야에서 한 개 관건 기술에 속하고 있으며, 고성능, 소형화, 신개념 나노 디바이스 연구개발은 나노 포토리소그래피 기술에 대해 점점 더 높은 요구를 제시하고 있음.

전통적인 입자 빔 포토리소그래피 공법은 초점을 맞추는 광자 빔, 전자 빔, keV 이온 빔 노출로 인해 생성되는 고해상도 나노 구조를 사용하고 있지만, 소재 특성, 입자 산란과 비(非) 제한 구역 에너지 침적 등 영향을 받기 때문에 초고(超高)의 장(長) 지름 비례를 보유하고 있는 서브 10nm 구조 개발은 장기간 도전에 직면하여 있음.

중국 후난(湖南, 호남) 대학교 돤후이가오(段輝高, 단휘고) 교수 연구팀은 중국과학원 근대 물리 연구소 뚜광화(杜廣華, 두광화) 연구팀과 공동 연구를 수행하여, "란저우(蘭州, 난주) 중이온 가속기 하이 에너지 마이크로 빔 장치"가 제공하는 2.15 GeV 크립톤 이온을 노출 광원을 이용하고, 포토리소그래피 네거티브 포토레지스트 HSQ(수소 실리콘 배반(倍半) 에폭시 에틸) 속에서 특징적인 사이즈가 5nm보다 작은 초장(超長) 지름 비례를 보유하고 있는 나노 와이어 구조를 획득하였음.

이런 단일 하이 에너지 크립톤 이온 노출을 통해 나노 구조를 개발하는 방법은 전통적인 마이크로 나노 가공 중의 초점을 맞추는 입자 빔 노출 방법과 다른 동시에 급속 중이온 궤적 에칭의 마이크로 나노 가공 기술과도 다름.

연구팀은 이온이 포토레지스트 중의 지름 방향 에너지 침적 분포에 대한 시뮬레이션 계산을 통해 이온 궤적 중심 나노 사이즈 내의 치밀한 에너지 침적은 수천 그레이(gray) 수준에 달한다는 점을 발견하였으며, 이는 HSQ 나노 포토레지스트 구조 형식의 근본적인 메커니즘이 되고 있음.

그 외, 노출 비교 실험을 통해 연구팀이 개발한 방법으로 제조한 나노 구조 극한 사이즈는 이온 지름 방향 에너지 침적 및 소재 유형과 직접적으로 관련되어 있다는 점이 입증되었으며, 이런 연구 결과는 중이온을 이용하여 마이크로 나노 포토리소그래피(photolithography) 구조를 정밀 제조하는데 필요한 이론 기반을 제공하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 최초로 단일 중이온을 이용하여 단일 나노 포토리소그래피(photolithography)를 실행하는 잠재력을 분석하였으며, 무기 네거티브 포토레지스트 HSQ는 안정적인 서브 5nm 포토리소그래피 분별 능력을 보유하고 있다는 점을 입증함.

연구팀은 선진적인 중이온 마이크로 빔 직접 쓰기 기술(Direct writing technology)과 단일 이온 복사 기술을 이용하여 단일 중이온 노출 기술은 극히 작은 사이즈 가공 과정에서 독특한 역할을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 선진적인 포토레지스트 해상도 극한에 대한 평가에 사용할 수 있다는 연구결론을 도출함.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ ("Sub-5 nm Lithography with Single GeV Heavy Ions Using Inorganic Resist")에 게재됨.