한양대, 반도체 미세결함 잡는 광학 기술 개발

김두리 화학과 교수 연구팀, 연구 성과
“기존 현미경기술 한계 넘어서는 기술”

[이데일리 신하영 기자] 한양대 연구진이 기존 광학 현미경의 한계를 뛰어넘는 광학 기술을 개발했다. 반도체 나노 결함을 초고해상도로 잡아낼 수 있는 기술이다.

좌측부터 김두리 교수, 정의돈 연구원, 홍리홍 연구원, 고가은 연구원(사진 제공=한양대)

한양대는 김두리 화학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 30일 밝혔다. 이번 연구에는 홍리홍·정의돈 연구원이 제1저자로 참여했으며 김두리 교수가 교신저자를 맡았다. 연구 결과는 미국화학회가 발행하는 저명 국제 학술지(Journal of the American Chemical Society) 7월 25일 자에 게재됐다.

최근의 반도체 제조에선 머리카락보다 수천 배 얇은 나노 단위의 초미세 공정 기술이 활용되고 있다. 이런 공정에선 아주 작은 결함 하나가 전체 제품 성능에 영향을 미친다. 문제는 지금의 광학 현미경 기술은 빛의 회절 한계로 나노 구조 관찰이 어렵다는 점이다. 전자 현미경은 고해상도이긴 하지만 관찰 시간이 오래 걸리고 고비용이라는 제약이 있다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 반도체의 핵심 재료인 실리카(SiO₂) 구조에 인위적으로 결함을 만들어 강한 발광 특성을 유도하는 방식의 이미징 기술을 개발했다. 전자빔(물리적 자극)과 티올 수용액(화학적 자극)을 결합해 실리카 구조 내 결함을 유도하고, 이를 이용해 기존 광학 장비로는 불가능했던 나노 단위 이미징을 실현한 것이다.

연구팀이 개발한 기술은 기존 광학 장비로는 구분이 어려웠던 수십 나노미터 크기의 실리카 패턴과 결함을 정밀하게 포착하는 기술이다. 특히 △나노입자 △패턴 단절 △박리(delamination) 등 다양한 형태의 결함을 전자 현미경보다 더 높은 민감도로 감지해 낼 수 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 김두리 교수는 이번 연구 결과에 대해 “광학 현미경의 해상도를 5배 이상 높여 나노 수준의 구조까지 선명하게 관찰할 수 있는 기술”이라며 “향후 반도체뿐 아니라 바이오, 나노소재 분석 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 했다.

신하영 (shy1101@edaily.co.kr)