한양대 김두리 교수팀, 초고해상도 광학 현미경 기반의 반도체 검사 토토사이트 위키 개발

한양대학교 화학과 김두리 교수 연구팀이 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 가속되면서 기존 계측 토토사이트 위키은 해상도와 적용 범위에서 한계에 직면해 있다. 이에 업계에서는 나노미터급 구조 관찰이 가능한 초고해상도 형광 현미경(Super-resolution Fluorescence Microscopy) 토토사이트 위키이 주목받아 왔다. 해당 토토사이트 위키은 기존 광학 현미경의 해상도 한계를 넘어 수십 나노미터 이미지를 구현할 수 있어 2014년 노벨화학상을 수상했으나, 형광 분자를 시료에 직접 부착하고 복잡한 전처리가 필요해 산업 현장 적용에는 제약이 있었다.

김 교수 연구팀이 개발한 인버티드 페인트 토토사이트 위키은 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. 이는 광학 현미경이나 전자현미경으로 구현하기 어려운 방식이다.

또한, 산업용 반도체 웨이퍼를 대상으로 한 실험에서는 기존 방법으로는 식별이 어려웠던 수십 나노미터 크기의 미세 결함을 선명하게 포착했으며, 시료 절단 없이 3차원 구조 시각화가 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 설명했다.

이번 연구는 과학토토사이트 위키정보통신부와 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업(우수신진연구지원사업, 기초연구실지원사업)과 한국도레이과학진흥재단의 한국도레이펠로십의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 Wiley에서 발행하는 세계적 권위의 국제학술지 『Advanced Materials』에 게재됐다. 해당 논문 「Inverted PAINT for Material-Specific Super-Resolution Fluorescence Imaging of Semiconductors」에는 정의돈 연구원이 제1저자로, 김두리 교수가 교신저자로 참여했다.