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3차원 리소그래피를 위한 다광자 중합

전문가 제언: ○ 오늘날 우리가 누리고 있는 정보통신 사회발전의 근간에는 Moore의 법칙에 따라 혁신적인 기술을 끊임없이 추구해온 반도체 기술개발의 공이 컸다. 이 기술의 꽃은 리소그래피 기술이라고 볼 수 있다. 통상의 리소그래피는 2차원이었다. 오늘날의 미세구조는 광자공학이나 마이크로유체공학 등 향상된 기능 부여를 위하여 3차원의 리소그래피를 필요로 한다. 3차원 리소그래피 관련 기술로는 이온주입, 나노임프린트, 홀로그람 그리고 2광자 흡수(Two Photon Absorption: TPA) 등이 있다.

○ TPA 기술은 1931년 최초로 그 존재가 예측되었으나 고강도 빛이 필요하여 연속파 레이저로는 출력이 모자랐다. 1990년 초 수백 mW 출력의 Ti: 사파이어와 같은 간단한 고상 펨토초 펄스레이저가 개발되었다. 소요 출력이 수 mW로 된 TPA가 비로소 3차원 리소그래피 기술로 광범위하게 사용되기 시작하였다. TPA는 한 펨토초 펄스레이저에서 나온 빔이 비선형 현상에 의해 초점에 빛의 높은 강도를 가진 고도의 국소화 영역을 만든다. 이때 광자는 TPA 재료에 크게 흡수된다.

○ 초점 영역에서는 광 개시제가 첨가된 아크릴 단량체나 올리고머의 감광수지가 중합 또는 가교되어 현상 시 용매에 불용이 된다. 따라서 이 기술 즉 다광자 흡수중합(MAP)은 초점의 위치를 이동시키며 복잡한 3차원의 미세 구조를 제조할 수 있다. 이 글에서 미국 Maryland 대학의 저자들은 MAP의 기초기술, 재료, 그림으로 예시한 응용 그리고 본래 한 번에 한 점씩 형성하는 순차적 방법의 이 기술을 대량생산 하는 기법을 소개하고 있다.

○ 아크릴 수지 사용 예에서 종래의 단일 광자 흡수 리소그래피에서보다 TPA 리소그래피에서는 3차원 구조 제작의 장점 외 광 개시제 최적 함량이 수지의 0.025wt %로 약 100배 감소되는 장점이 있다.

○ 국내에서는 에폭시 수지 SU-8 사용의 TPA 논문이 2004년경 번역보고 될 정도로 연구가 늦게 활성화 되었으나 한국과학기술원의 공홍진 교수의 2광자 현상을 이용한 나노구조물 제작과 3차원 영상라이다 시스템개발 등의 활발한 연구 활동이 보인다.

저자: Linjie Li, John T. Fourkas
자료유형: 학술정보