기계연, 디지털 노광스캐너 개발…유연전자소자 대량생산 길 열어

반도체 회로, 빛 대신 디지털 이미지로 찍어…총 기술료 3.2억원 성과

잘 휘어지는 반도체 기판에 회로를 연속으로 정확하게 새길수 있는 디지털 마스크리스 노광(리소그래피) 시스템이 개발됐다. 노광은 반도체 핵심 기술이다.

개발은 장원석 한국기계연구원 장원석 나노융합연구본부장 연구팀이 진행했다.

29일 한국기계연구원에 따르면 이들이 개발한 기술은 크게 3개다. 실시간 패턴 보정이 가능한 디지털 리소그래피 스캐너와 이 스캐너를 롤투롤 이송시스템과 결합, 유연전자소자 연속 패터닝 기술을 성공적으로 구현했다.

김재영(왼쪽),이원섭 한국기계연구원 선임연구원이 디지털 노광기 구동을 테스트 중이다.(사진=한국기계연구원)

또 DMD(디지털 마이크로-미러 디바이스) 기반 디지털 노광 기술과 초정밀 이송 제어 기술을 융합해 기판 변형과 위치 오차를 실시간으로 보정할 수 있는 시스템도 구축했다.

이번에 개발한 롤투롤 디지털 리소그래피 시스템은 DMD 기반 디지털 노광 기술을 활용해 원하는 영역에만 자외선을 조사하는 방식이다. 최소 선폭은 10㎛ 이하 고해상도 패터닝 성능을 구현했다.

기판 이송 과정에서 발생하는 사행과 장력 변형을 실시간 측정·보정해 안정적인 패턴 형성도 가능하다.

연구팀은 회전하는 곡면 롤 위에서 직접 패터닝이 이루어지는 라인빔 노광 구조를 적용했다. 보조 기판 없이 유연기판을 직접 이송하면서, 미세한 비틀림이나 흔들림을 실시간 비전 측정으로 즉각 보정한다.

별도 노광 마스크를 제작할 필요 없이, 소프트웨어 설계만으로 다양한 패턴을 즉각 구현할 수 있어 제품 개발 기간과 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한, 유연기판을 보조 기판 없이 연속 이송하며 직접 패터닝하기 때문에 기판 길이에 제한이 없는 대면적 양산이 가능하다.

이원섭 기계연 나노리소그래피연구센터 선임연구원은 "나노공정은 반도체 앞단 공정이고, 우린 HBM(고대역메모리) 같은 후공정 PCB기판을 타깃으로 기술 개발을 진행한 것"이라며 "마스크가 필요없는 공정 등은 기존 반도체 라인에 바로 접목해도 무리없을 수준"이라고 설명했다.

장원석 본부장은 “유연 PCB를 비롯해 고해상도 유연전자소자, 반도체 패키징 공정 등 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대한다”며 “향후 롤 표면 패터닝을 위한 디지털 노광 공정에도 활용할 수 있어 응용 범위가 더욱 확대될 것"으로 전망했다.

한편 연구팀은 기계연 기본사업인 '실시간 보정형 롤투롤 패터닝 장비 핵심기술 개발'과제를 통해 총 3억2,000만원의 기술료 수익을 거뒀다.