우리 연구진이 차세대 유연전자소자의 대량생산 기반을 마련했다. 반도체 공정 핵심인 리소그래피 기술을 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에 접목, 기판 변형을 실시간 보정하면서도 크기 제한 없는 연속 생산이 가능하다.
한국기계연구원(원장 류석현)은 장원석 나노융합연구본부장팀이 실시간 패턴 보정이 가능한 디지털 리소그래피 스캐너를 개발하고, 이를 롤투롤 이송시스템과 결합해 유연전자소자 연속 패터닝 기술을 구현했다고 29일 밝혔다.
아울러 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD) 기반 디지털 노광 기술과 초정밀 이송 제어 기술을 융합해, 기판 변형과 위치 오차를 실시간으로 보정할 수 있는 시스템도 구축했다.
연구팀이 개발한 롤투롤 디지털 리소그래피 시스템은 DMD 기반 디지털 노광 기술을 활용해 원하는 영역에만 자외선을 조사한다. 이를 위해 롤투롤 공정에 적합한 노광 시스템과 초정밀 이송 제어 기술을 개발했다. 최소 선폭 10마이크로미터(㎛) 이하 고해상도 패터닝 성능을 구현했다. 또 기판 이송 과정에서 발생하는 사행과 장력 변형을 실시간으로 측정·보정해 안정적인 패턴 형성이 가능하도록 했다.
기존 디지털 노광 기술은 평면 스테이지 기반으로 구동해 장비 크기에 따라 기판 크기가 제한됐고, 유연기판을 보조 기판에 붙였다 떼는 우회 공정을 거쳐야 해 불량 발생률도 높았다. 반면 개발 시스템은 회전하는 곡면 롤 위에서 직접 패터닝이 이루어지는 라인빔 노광 구조를 적용했다. 보조 기판 없이 유연기판을 직접 이송하면서, 미세한 비틀림이나 흔들림을 실시간 비전 측정으로 즉각 보정해 초정밀 패턴을 새겨 넣는 것이 핵심 차별점이다.
개발 소프트웨어(SW) 설계만으로 다양한 패턴을 즉각 구현할 수 있어 제품 개발 기간과 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 또 유연기판을 보조 기판 없이 연속 이송하며 직접 패터닝하기 때문에 기판 길이에 제한이 없는 대면적 양산이 가능하다.
이번 성과는 차세대 유연전자소자 생산기술로 주목받고 있다. 북미 최대 롤투롤 기술 학회인 '2026 R2R USA 컨퍼런스 & 엑스포'에서 '테크놀로지 오브 더 이어 파이널리스트'로 선정됐다.
장원석 본부장은 “롤투롤 디지털 리소그래피 시스템은 유연전자소자의 대량생산을 가능하게 하는 핵심 플랫폼 기술”이라며 “유연 PCB를 비롯해 고해상도 유연전자소자, 반도체 패키징 공정 등 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
연구팀은 SCI 논문 총 25편을 발표했으며, 대표 논문은 지난해 인터네셔널 저널 오브 옵토메카트로닉스에 게재됐다. 또 국외특허 9건 출원 및 1건 등록, 국내특허 12건 출원 및 12건 등록을 달성했으며 누적 기술료 3억2000만원 성과를 거뒀다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
