모아레 패턴 분석을 활용한 정렬마크 없이 미세패턴을 정렬하는 방법의 개념도. (사진=창원대 제공)

창원대학교 연구팀이 모아레(Moiré) 패턴 분석을 이용, 이음매 없이 미세패턴을 손쉽게 이어 붙이는 패터닝 공정 기술을 세계 최초로 개발했다.

창원대는 기계공학부 스마트제조융합전공 조영태 교수, 김석 교수, 김우영 박사과정 연구팀은 이어 붙이는 과정에서 발생하는 이음매를 없앨 수 있는 '정렬마크 없는 미세패턴 정렬법'을 개발하고, 이를 통해 이음매를 최소화한 기능성 표면필름 대면적 대량생산 원천기술을 확보했다고 4일 밝혔다.

단순한 주기적인 패턴을 서로 겹치는 것만으로 간섭으로 인해 전혀 다른 기하학적 패턴이 나타나며, 이를 '모아레(Moiré)'라고 한다. 연구팀은 디지털 사진이나 TV 화면 등에서 자주 나타나는 이러한 모아레 패턴을 분석, 미세패턴을 고도로 정확하게 정렬하는 방법을 개발한 것이다.

물에 젖지 않는 발수성을 지닌 표면이나 위조방지 필름처럼 기능성 필름, 반도체 소자의 경우 대부분 눈에 보이지 않는 미세패턴이 표면에 형성돼 있다. 이를 실제로 응용하기 위해서는 대량생산할 수 있어야 하며, 대면적의 마스터 패턴이 필요하다.

지금까지는 옷감을 짜깁기하듯이 조그마한 조각을 이어 붙여 넓은 면적의 마스터 패턴으로 만들어 사용해왔으며, 이어 붙이기 위해 기준이 되는 '정렬마크'가 필요했다.

또한 이어 붙이는 과정에서 필연적으로 발생하는 이음매로 인해 기능적으로 불완전하거나 시각적으로 일명 '칼자국'이 발생한다는 단점이 있었으며, 이번 창원대 연구팀의 기술 개발로 이 같은 단점들의 혁신적 개선이 기대된다.

창원대 조영태 교수는 "나노/마이크로 미세패턴을 저비용 고효율로 보다 넓은 면적에 빠르게 형성하는 나노생산의 고도화에 있어 진일보한 의미 있는 결과"라며 "또한 개발된 정렬마크 없는 정렬방법은 미세패턴 대량생산뿐만 아니라 기존 반도체 공정에서 포토리소그래피 공정, 또는 디지털 리소그래피 공정 등 정렬이 필요한 다양한 방면에 활용 가능할 것으로 연구진은 기대한다"고 전했다.

한편 이번 연구는 한국기계연구원, MIT, 홍콩대(HKU) 공동연구진과 함께 한국연구재단의 우수신진연구, 중견연구, 지역혁신선도연구센터사업(RLRC)사업, BK21 지역혁신성장주도 스마트산업단지 선도인력 교육연구단사업과 한국기계연구원의 기본사업 지원을 받아 수행됐으며, 국제 저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 4월 18일자에 게재됐다.