나노(nano) 및 마이크로(micro) 소자 제 작을 위해서는 포토리소그래피(photolitho- graphy) 패터닝 기술이 필수적으로 사용된 다. 이는 대면적 소자를 대량으로 제작하기 에는 적합하나, 하드마스크 설계가 필수적 이기 때문에 자유롭게 패터닝을 하기에는 한계가 있다. 반면, 최근 나노구조 반도체 소 자에 대한 연구가 활발해지면서 각각의 나 노구조 형태에 맞는 다양한 패턴을 국부적 으로 제작하는 리소그래피 방법으로 전자빔 (electron-beam) 리소그래피 방식이나 레이 저 패터닝 기술을 사용하며, 이를 통해 나노 /마이크로 패턴을 자유롭게 생성할 수 있다.
하지만, 이러한 방식은 전자현미경과 레이 저 장비와 같은 고가의 장비구축이 전제되 어야 하기 때문에 많은 유지비용이 필요하 다. 또한 스캐닝 방식을 사용하기 때문에 패
턴 제작시간 또한 오래 걸린다는 한계가 있 다. 따라서 본고에서는 비교적 저렴한 비용 이 드는 포토리소그래피 방식과 마스크 설 계가 필요하지 않은 패터닝 방식의 장점만 가진 (주)일루미네이드사의 LITHO mask-less 리소그래피 모듈을 소개한다. 본 연구 를 위해 일반적인 고해상도 광학 현미경에 digital micromirror device(DMD) 모듈을 설치하여 입사된 빛을 픽셀형태로 마스크화
한다. 이 모듈은 Full-HD(1920 × 1080)의 해상도를 가지는 이미지와 호환되며 이미지 가 마스크를 대신하여 추가적인 하드마스크 가 필요하지 않다. 원하는 패턴이 바뀔 때마 다 이미지를 새로 그리면 되며, 광학 현미경 의 렌즈를 통해 자외선이 방출되므로 광학 현미경에서 보이는 상의 임의 위치에 노광 이 가능하다. 본고에서는 (주)일루미네이드 사의 LITHO maskless 리소그래피 모듈을 활용하여 광회절한계 근방의 미세 리소그래 피 패턴 제작 공정의 최적화 과정을 기술하 였고, 실제로 최적화된 조건을 사용하여 약 560 nm 수준의 광회절한계에 근접한 미세 선폭을 구현하였다 (그림).
신소정, 이현석, New Physics: Sae Mulli 70, 715 (2020).
최근 마이크로 일렉트로닉스(microelec- tronics)는 많은 산업분야에서 광범위하게 적용되고 있으며, 전자 소자 설계와 미세 가 공과 연관되어 중요한 반도체 재료로 주목 받고 있다. 마이크로 일렉트로닉스에 적용 되는 AlN 구조로는 나노 와이어(nano- wires), 나노로드(nanorod), 나노 플레이트 (nanoplate) 및 나노 위스커(nanowhisker) 등이 있다. 순수한 마이크로 AlN 구(AlN mi-crospheres)는 구조적 및 화학적으로 매우 안정된 물질이다. AlN은 GaN에 가까운 격 자 상수와 높은 열 전도율(3.2 W/cm·K) 그 리고 높은 고유 전기 저항 및 넓은 밴드 갭 (6.2 eV)의 특성이 있어 발광다이오드(light emitting diodes, LED) 및 레이저 다이오드 (laser diodes, LD), 자외선 검출기, 초고주 파 전자 소자(AlGaN/GaN HEMT), 전력반 도체 소자(power semiconductor devices) 등과 같은 다양한 분야에 적용되고 있다.
AlN은 육각 결정 구조(hexagonal crystal system)의 우르자이트(wurtzite) 구조를 갖 는다. 흔히 h-AlN 혹은 -AlN(alpha)이라 하며 보통의 결정성장에서 얻을 수 있으며, 결정이 매우 안정적이고 분말 혹은 소결된 형태로 존재할 수 있다. 반면 입방체 AlN은 (cubic or zinc-blende AlN, c-AlN or -AlN)은 준안정적(metastable) 구조이며 h-AlN과는 특성이 매우 다른 물질로서, 비
저항이 매우 큰 장점은 있으나 준 안정적인 상태이기 때문에 합성 방법이 매우 어려운 특징이 있다. 본 연구에서는 Ga과 Al의 혼 합소스로 채워진 흑연 보트와 성장 영역과 소스 영역을 결합하는 반응관을 사용한 혼 합 소스 수소화물 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 방법을 이용 하여 마이크로 AlN 구를 성장시켰다. Si 기 판과 Ga 원자 간의 멜트 백 에칭되어 마이 크로 웅덩이가 형성되고, 여기에 100 nm 정도의 초기 Ga 물방울이 만들어져 촉매 역 할을 하여 AlCl에 의해 AlN의 결정이 형성 되면서 마이크로 AlN 구가 성장되는 메커니 즘을 제안하였다. 이 결과는 마이크로 AlN 구를 대량으로 성장시키는 새로운 기술로 자외선과 관련된 마이크로 일렉트로닉스 분 야에 기여할 수 있으리라 기대된다(그림).
김경화 외, New Physics: Sae Mulli 70, 738 (2020).
저자 약력
네 번째 ‘성스러운 진리’는 열반에 이 (thoughts), 의식(consciousness), 그리고 마침내 나라는 느낌(the felt sense of I)
남들을 외모로 평가하지 않는다. 어쩌면 이런 것이 욕망과 집착에 사로잡히지 않 고, 세상을 있는 그대로 보는 것일지도 모르겠다. 이런 기술들이 허용되고 발전 한다면, (먼) 미래에는 모든 사람들이 열 반에 이르는 세상이 될 수도 있지 않을 까? 물론, ‘지혜와 자비’가 ‘무지와 탐욕’
을 몰아낼 수 있다면 말이다.
진화론(진화심리학)에 따르면, 우리는 우리의 유전자를 다음 세대에 전하는 데 유리한 행동을 하도록 자연선택에 의해
‘설계’되었다. 먹기, 섹스, 경쟁 상대의 제압 등이 유리한 행동이라면 그 목적을 추구하도록 뇌가 ‘설계’된다. 목적을 달성 했을 때 쾌락을 느낀다. 하지만 (행동이 일회성이 되지 않도록) 쾌락은 지속되지 않는다. 그리고 쾌락이 곧 시들해진다는 사실보다 목적 달성에 따르는 쾌락을 더 크게 인식한다. “자연선택의 임무는 유전 자를 퍼뜨리는 기계를 설계하는 것뿐이 다. 유전자를 퍼뜨리기 위해 어느 정도의
인공지능’이 나타난다면, 그(것)들은 집착 과 환영에 빠지지 않고 세상을 있는 그 대로 볼 수 있지 않을까? 마치 ‘이미 만 들어진’ 보살(菩薩)처럼.
2004년 제1회 과학기술 창작문예 공 모전의 당선작인, 박성환의 단편 <레디 메이드 보살>에는 ‘깨달음’을 얻은 로봇, 인명이 등장한다. 어느 절의 안내 로봇인 인명은 불교 교리를 공부하고, 스스로 해 탈의 경지로 나아갔다. 많은 승려들은 그 의 성취를 인정하지만, 다른 사람들은 인 명을 인류에 대한 위협으로 간주한다. 결 국 인명은, 인간의 무지와 혼란과 어리석 음을 뒤로 한 채, 자신의 모든 회로를 끊어버린다. <레디메이드 보살>은 박성 환의 ‘불교 SF’의 본격적인 시작을 알리 는 작품이다. 김지운 감독의 단편영화
<천상의 피조물>로 제작되기도 했다. 이 영화는 임필성 감독의 단편영화인 <멋진 신세계>, <해피 버스데이>와 함께, <인 류멸망보고서>라는 제목의 옴니버스 영
지며, 새로운 질문을 떠올리게도 한다.
그리고 그에 대한 대답을 궁리해 보게 만든다. 그것은 우리의 마음을 들여다보 는 일이기도 하다. 일독을 권한다.
*아태이론물리센터의 <크로스로드>지 에 게재되는 원고를 본 칼럼에 게재합니 다.
참고문헌
[1] 김용옥, 스무살 반야심경에 미치다, 통나무.
[2] 마시모 피글리우치, 번영과 풍요의 윤리학, 스 윙밴드.
[3] 유발 하라리, 사피엔스, 김영사.
[4] 카를로 로벨리, 보이는 세상은 실재가 아니다, 쌤앤파커스.
[5] 이강영, LHC 현대물리학의 최전선, 사이언스 북스.
[6] 마크 엡스타인, 붓다의 심리학, 학지사.
[7] 박성환, 고통 다음에 오는 것들 괴로움 뒤에 피는 것들, fool’s Garden.
[8] 로버트 라이트, 불교는 왜 진실인가, 마음친구.
▲ 2020 한국물리학회 가을학술논문발표회.