포토리소그래피로 나노구조를 직접 형성시키는 방법

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-03

프랑스 연구진은 ArF 포토리소그래피를 이용해서 주기적인 무기 나노구조를 만들 수 있는 독특한 음성 반응 레지스트를 개발했다. 이 기술은 DUV 레이저 주사에 의해서 조절된 금속 알콕사이드(alkoxide)의 졸-겔 방법을 기반으로 한다. 나노크기에서 패터닝을 형성하는지에 대한 여부는 193 nm에서 작동하는 수색성(收色性) 간섭계를 사용하여 증명하였다. 열처리는 패턴의 집적에 영향을 끼치지 않으면서 금속 산화물 나노구조(ZrO2, TiO2)를 얻는데 사용된다. 나노제조(물리적 및 화학적 성질이 조절된 1-100 nm 범위의 크기를 가진 구조 생성)는 나노과학과 나노기술에서 중요한 문제이다. 표면 위에 나노구조로 된 물질에 대한 제어된 패터닝은 전자장치, 광학장치, 포토닉스, 생물학, 전기화학 그리고 전자기계 등을 포함하는 다양한 장치의 크기가 계속 작아지기 때문에 점점 더 중요하게 된다. 지르코늄 이산화물(Zirconium dioxide, ZrO2)은 높은 반사율, 넓은 광학적 밴드갭, 가시광선과 근적외선 영역에서 분산과 낮은 흡수, 높은 화학적 및 열적 안전성 등과 같은 독특한 성질을 가진다. 그래서 ZrO2의 공간적으로 제어된 증착을 시키기 위해서 많은 방법들이 개발되었다. 몇 가지 방법들은 졸-겔 증착으로 박막 산화물 층 위에 패터닝하는 것이다. 이런 방법들은 주로 포토리소그래피 패터닝과 화학적 에칭 또는 lift-off 같은 복합적인 다중단계 공정에 의존한다. 그래서 이런 방법들은 희생 마스킹 물질을 주로 사용하고 박막 이동 시에 해상도의 손실을 초래한다. 이런 문제를 해결하기 위해서, 연구진은 DUV 리소그래피를 사용한 직접-쓰기(direct-write)에 더 호의적이고 나노크기 해상도를 제공할 수 있는 ZrO2의 졸-겔 기반의 스핀 코팅 선구체를 제안했다. AfF 포토리소그래피는 ZrO2 또는 TiO2로 구성된 나노구조를 제조하는데 처음으로 사용되었다. 이 방법의 흥미로운 점은 제한된 쓰기 시간 내에 넓은 표면 위에 나노크기 해상도에 달성할 수 있다는 것이다. 더 복잡한 구조의 쓰기는 마이크로전자장치 산업을 위해 설계된 193 nm 스캐너 덕분에 구현될 수 있었다. 연구진이 개발한 졸-겔 배합은 낮은 조도를 가진 박막을 제조할 수 있게 하고 100 nm 이하의 폭을 가진 패턴을 만들 수 있다. 또한 이러한 구조는 완전한 무기 나노구조(ZrO2)를 발생시키는 600℃에서 어닐링될 수 있다는 것이 증명되었다. 이 기술의 적용 분야는 광학, 포토닉스, 센서, 생물학 등이 포함된다. 이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Direct ArF laser photopatterning of metal oxide nanostructures prepared by the sol?gel route” 이라는 제목으로 게재되었다(doi: 10.1088/0957-4484/21/6/065303). 그림 1. 열처리(600 °C, 2 시간) 후에 Zr 졸-겔 박막 위에 만들어진 1차원 주기적 패턴의 AFM 형상 이미지. 주기는 500 nm이다. 그림 2. 연구진. image11.jpg image2.jpg 출처 : http://nanotechweb.org/cws/article/lab/41840