미세한 비틀림 실시간 보정…유연전자소자 대량생산 기반 마련

한국기계연구원은 나노융합연구본부 장원석 본부장 연구팀이 기판의 변형과 위치 오차를 실시간으로 보정하는 디지털 리소그래피 스캐너를 개발했다고 28일 밝혔다. 연구팀은 이 장비를 롤투롤 이송시스템과 결합해 유연전자소자를 연속으로 패터닝하는 기술을 구현했다.

연구팀은 DMD 기반 디지털 노광 기술과 초정밀 이송 제어 기술을 융합했다. DMD는 수많은 초소형 거울을 제어해 필요한 영역에만 자외선을 조사하는 장치다. 별도의 노광 마스크 없이 원하는 패턴을 구현할 수 있다.

개발된 시스템은 최소 선폭 10㎛ 이하의 고해상도 패터닝 성능을 갖췄다. 유연기판이 이동하는 과정에서 좌우로 흔들리거나 장력 때문에 늘어나는 현상을 실시간으로 측정하고 보정한다.

기존 디지털 노광 장비는 평면 스테이지에서 작동해 처리할 수 있는 기판 크기가 장비 규모에 따라 제한됐다. 유연기판을 보조 기판에 붙였다가 다시 떼어내는 공정도 필요해 불량 가능성이 컸다.

새 시스템은 회전하는 곡면 롤 위에서 직접 노광하는 라인빔 구조를 적용했다. 유연기판을 보조 기판 없이 연속 이송하면서 미세한 비틀림과 흔들림을 비전 장치로 감지하고 노광 위치를 즉시 보정한다.

노광 마스크를 따로 제작할 필요가 없어 소프트웨어 설계만 바꾸면 다양한 패턴을 빠르게 구현할 수 있다. 제품 개발 기간과 생산 비용을 줄일 수 있고 긴 기판을 연속 처리할 수 있어 대면적 생산에도 유리하다.

연구팀은 유연 인쇄회로기판과 고해상도 유연전자소자, 반도체 패키징 공정 등에 이 기술을 적용할 수 있을 것으로 보고 있다. 롤 표면에 직접 패턴을 형성하는 디지털 노광 공정으로도 활용 범위를 넓힐 수 있다.

해당 기술은 북미 롤투롤 기술 학회인 ‘2026 R2R USA Conference & Expo’에서 ‘Technology of the Year’ 최종 후보로 선정됐다.

장원석 본부장은 “롤투롤 디지털 리소그래피 시스템은 유연전자소자의 대량생산을 뒷받침할 핵심 플랫폼 기술”이라며 “다양한 산업 공정에 적용할 수 있도록 기술 완성도를 높이겠다”고 말했다.

연구는 기계연 기본사업인 ‘실시간 보정형 롤투롤 패터닝 장비 핵심기술 개발’ 과제로 수행됐다. 연구팀은 관련 SCI 논문 25편을 발표하고 국내외 특허 34건을 출원하거나 등록했다. 누적 기술료는 3억2000만 원이다.