한양대, 형광 분자 없이 나노 구조 구현…차세대 반도체 검사 기술 개발

반도체 나노구조 검사에 적용 가능 반도체 산업의 차세대 검사 솔루션

[서울=뉴시스] 한양대 김두리 교수(왼쪽), 정의돈 연구원. (사진=한양대 제공) 2025.08.12. [e-mail] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 한양대 화학과 김두리 교수 연구팀은 형광 분자 부착 없이 반도체 나노구조를 초고해상도로 구현할 수 있는 새로운 형광 이미징 기술 '인버티드 페인트(Inverted PAINT)'를 개발했다고 12일 밝혔다.

최근 반도체 소자의 미세화가 가속화되며 기존 계측 기술은 해상도와 적용 범위에서 한계에 직면했다. 이에 나노미터급 구조 관찰이 가능한 초고해상도 형광 현미경(Super-resolution Fluorescence Microscopy) 기술이 주목받아 왔다.

해당 기술은 수십 나노미터 이미지를 구현할 수 있으나 형광 분자를 시료에 직접 부착해야 하고 복잡한 전처리가 필요해 산업 현장 적용에는 제약이 있었다.

이번에 개발된 인버티드 페인트 기술은 시료 위에 올려놓은 형광체와 반도체 표면 간 전기적 상호작용에서 발생하는 순간적인 형광 신호를 검출하는 방식이다. 이를 통해 형광 분자 부착 없이도 약 10나노미터급 해상도로 표면의 정밀 구조를 구현할 수 있다.

특히 전하 분포에 따라 형광체가 반응하는 원리를 이용해 재료 특이적 시각화가 가능하다. 예를 들어, 실리카(음전하)와 실리콘(양전하)처럼 표면 전하 특성이 다른 재료를 각각 다른 색상으로 구분해 멀티컬러 초고해상도 이미징을 구현할 수 있다.

더해 산업용 반도체 웨이퍼를 대상으로 한 실험에서는 수십 나노미터 크기의 미세 결함을 선명하게 포착했으며 시료 절단 없이 3차원 구조 시각화가 가능함을 입증했다.

[서울=뉴시스] 초고해상도 Inverted PAINT 현미경 기술에 대한 모식도. (사진=한양대 제공) 2025.08.12. [e-mail] *재판매 및 DB 금지

김 교수는 "그동안 반도체 업계에서 주목받아 온 초고해상도 형광 현미경 기술을 실질적인 반도체 나노구조 검사에 적용 가능한 형태로 발전시킨 것이 이번 연구의 핵심"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업과 한국도레이과학진흥재단의 한국도레이펠로십의 지원을 받아 수행됐으며 세계적 권위의 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다.

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