한양대학교 화학과 김두리 교수 연구팀이 형광 분자 부착 없이 반도체 나노구조를 약 10나노미터 해상도로 구현할 수 있는 새로운 형광 이미징 기술 ‘인버티드 페인트(Inverted PAINT)’를 개발했다고 12일 밝혔다.
최근 반도체 소자의 미세화가 가속되면서 기존 계측 메가 슬롯은 해상도와 적용 범위에서 한계에 직면했다. 초고해상도 형광 현미경 메가 슬롯은 기존 광학 현미경의 한계를 넘어 수십 나노미터 이미지를 구현하는 노벨상 수상 메가 슬롯이나, 형광 분자 부착과 복잡한 전처리가 필요해 산업 현장 적용에 제한이 있었다.
이번에 개발된 인버티드 페인트 메가 슬롯은 시료 위에 올린 형광체와 반도체 표면 간 전기적 상호작용에서 순간적인 형광 신호를 검출하는 방식으로, 형광 분자 부착 없이도 고해상도 이미징이 가능하다.
또한 재료 특이적 시각화가 가능해, 실리카(음전하)와 실리콘(양전하) 등 서로 다른 표면 전하를 가진 재료를 각각 다른 색상으로 구분하는 멀티컬러 이미징을 구현한다. 이는 광학 현미경이나 전자현미경으로 어려운 방식이다.
산업용 메가 슬롯체 웨이퍼 실험에서는 기존 방법으로 구분이 어려웠던 수십 나노미터 크기 미세 결함을 선명하게 포착하고, 시료 절단 없이 3차원 구조 시각화도 가능함을 입증했다.
김두리 교수는 “그동안 반도체 업계에서 주목받아 온 초고해상도 형광 현미경 기술을, 실질적인 반도체 나노구조 검사에 적용 가능한 형태로 발전시킨 것이 이번 연구의 핵심”이라며, “특히 반도체 외의 불투명한 무기 재료에도 활용할 수 있어, 초고해상도 형광 이미징 기술을 보다 범용적인 분석 도구로 확장시킬 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 과학메가 슬롯정보통신부와 한국연구재단, 한국도레이과학진흥재단의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 『Advanced Materials』에 게재됐다. 논문 「Inverted PAINT for Material-Specific Super-Resolution Fluorescence Imaging of Semiconductors」에는 정의돈 연구원이 제1저자, 김두리 교수가 교신저자로 참여했다.