100원짜리 동전 면적에 수도권 지하철 노선도 새겨

100원짜리 동전 면적(폭 2㎝)에 역 개수만 수백 개에 달하는 수도권 지하철 노선도를 새길 수 있는 정밀 나노기술이 개발됐다.
UNIST 기계 및 원자력공학부 김태성 교수팀은 반도체 등에 미세패턴을 그릴 때 생기는 균열을 인위적으로 생성ㆍ제어하는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

현재 미세패턴은 빛을 이용해 만든다. 반도체 표면에 빛을 받으면 딱딱해지는 물질을 바른 뒤 원하는 무늬만 마스크로 덮고 자외선(UV) 등을 쬐는 것이다. 이렇게 하면 빛을 받은 부분만 딱딱해져 원하는 무늬를 나중에 현상액 등으로 깎아낼 수 있는 것이다. 소위 광 식각(photolithography)이라는 공정이다. 하지만 이 방식으로는 마이크로(㎛, 1㎛=100만 분의 1m) 단위까지 무늬 밖에 그릴 수 있다. 나노(㎚, 1㎚=10억 분의 1m) 단위 무늬를 새기려면 전자빔 식각(e-beam lithography) 등 고가 장비를 써야 한다. 그나마 제작 면적이 좁고 처리 시간ㆍ비용이 많이 든다.

김 교수팀이 개발한 기술은 기존 광 식각 공정을 그대로 쓰면서 나노 단위의 무늬를 새길 수 있는 방법이다. 포토리소그래피 공정을 이용해 마이크로 단위로 원형ㆍ삼각형 등의 구조체를 만들어 넣어 미세균열의 시작과 끝, 방향을 조정하는 것이다.

연구진은 “현재 6인치 대면적 웨이퍼에 나노 크기 무늬를 새기려면 전자빔 식각으로 10일 정도 걸린다”며 “이번에 개발한 기술을 이용하면 30분 만에 할 수 있다”고 밝혔다. 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최근호에 소개됐다.

김한별 기자 kim.hanbyul@joongang.co.kr