한양대, 반도체 미세결함 관찰 초고해상도 광학 현미경 개발

실리카 결함 기반
나노 이미징 기술
"전자현미경 한계 뛰어넘어"

[서울=뉴시스] (왼쪽부터) 김두리 교수, 정의돈 연구원, 홍리홍 연구원, 고가은 연구원. (사진=한양대 제공) 2025.07.30. photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 한양대는 본교 화학과 김두리 교수 연구팀이 반도체 나노 결함을 초고해상도로 관찰할 수 있는 광학 이미징 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

오늘날의 반도체는 초미세 공정 기술의 발전을 통해 머리카락보다 수천 배 얇은 나노 단위의 구조로 더욱 미세해졌다. 이러한 초미세 반도체 구조에서는 아주 작은 결함 하나도 전체 제품의 성능에 큰 영향을 줄 수 있다.

그러나 현재 널리 사용되는 광학 현미경은 빛의 회절 한계로 인해 나노 구조 관찰이 어렵고 전자현미경은 고해상도이지만 시간이 오래 걸리고 고비용이라는 제약이 있다.

이에 김 교수 연구팀은 반도체의 핵심 재료 중 하나인 실리카(SiO₂) 구조에 결함을 인위적으로 만들어 강한 발광 특성을 유도하는 방식의 이미징 기술을 개발했다.

[서울=뉴시스] 초고해상도 반도체 광학 검사 기술에 대한 모식도. (사진=한양대 제공) 2025.07.30. photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

전자빔(물리적 자극)과 티올 수용액(화학적 자극)을 결합해 실리카 구조 내 결함을 유도하고, 이를 이용해 기존 광학 장비로는 불가능했던 나노 단위 이미징을 실현했다. 이 기술은 수십 나노미터 크기의 실리카 패턴과 결함을 정밀하게 포착할 수 있다.

특히 ▲나노입자 ▲패턴 단절(line break) ▲박리(delamination) 등 다양한 결함 유형을 전자현미경보다 더 높은 민감도로 감지할 수 있는 것이 특징이다. 또한 실리카 소재에만 선택적으로 반응하는 '재료 특이적(material-specific)' 관찰이 가능하다.

김 교수는 "이번 연구는 광학 현미경의 해상도를 5배 이상 향상해 나노 수준의 구조까지 선명하게 관찰할 수 있는 기술적 돌파구"라고 설명했다.

한편 이번 연구 성과는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 '미국화학학회지(Journal of the American Chemical Society(JACS)'에 지난 25일 온라인 게재됐다.

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