最近、サムスンやＴＳＭＣなどの有力半導体企業は、超微細回路パターンプロセスのための極紫外線（ＥＵＶ）露光装置の先取りに力を注いでいる。これは、短い波長の光を利用すれば、半導体基板により微細な回路とパターンを描くことができ、素子の面積を減らすことができ、高性能・低電力半導体の生産が可能だからだ。しかし、極紫外線露光装置が持つ高い希少性により、次世代フォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術に対する要求も高まっている。
（参考記事：米専門紙「台湾TSMCの３ナノ工程、競争力なし」 韓国サムスンに逆転機会か）
韓国蔚山科学技術院（ＵＮＩＳＴ）は化学科に所属するクォン・オフン教授チームが、フェムト秒（ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ、１０００兆分の１秒）レーザーを活用して半導体素材である黒リン（ｂｌａｃｋ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）にナノメートル（ｎｍ、１０億分の１ｍ）レベルの精度で微細パターンを形成し、多様な形のナノ構造体を作ることに成功したと９日明らかにした。また、全過程を、透過電子顕微鏡を通じて実－時空間で直接観察することで、ナノパターンが形成される物理学的理由とその根底にある光－物質間の強い相互作用を説明できる理論的背景もともに提示した。
研究チームは可視光線に相当する５１５ｎｍの波長の光を黒い試料に瞬間的に照射し、光の波長の１０分の１に相当する幅と１００分の１に相当する間隔を持つナノリボン配列を作り出した。これは、極紫外線露光装置で表現できるパターンの最小線幅に達する解像度である。 特に、黒リン試料の結晶構造に関係なく、照射する光の偏光（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）によってリボンが形成される方向を変えたり、キューブ、リングなど様々な形のナノ構造体を自在に製作したりすることができる。これは、特定の結晶方向を持つナノ構造体だけを作ることができる合成方法とは異なる。
現在、素子微細工程に最も多く活用されている電子ビームリソグラフィー（ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の場合、高い解像度と精密処理能力を持っている。しかし、多数の工程を経るため、時間とコストがかかる。また、電子ビームを基板にスキャンする過程で、解像度と情報処理量が反比例するという欠点がある。これに対し、研究チームの広視野フォトリソグラフィー技法は、事前工程が必要なく、解像度の千倍に達する領域を一度に処理できるという利点がある。
研究チームは、光を利用して黒リン上に微細ナノパターンを形成できた理由を、光の変調不安定性（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）による「ソリトン（ｓｏｌｉｔｏｎ）」形成によるものであることを証明した。光が黒リンのような非線形媒体で妨害運動を受けると、エネルギー損失なしに波形と速度を維持した特異的な波を形成することができ、これがソリトンである。 つまり、黒リンが照射されたレーザー光と相互作用を通じてソリトンを生成し、部分的にエネルギーが高くなった波の床に沿ってリン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）原子が放出され、パターンが作られたのだ。
第１著者であるキム・イェジン博士（現カリフォルニア工科大学（Ｃａｌｔｅｃｈ）博士研究員）は「ナノ構造を製作するため、既存のリソグラフィ技術はトップダウン方式で行われ、化学合成法はボトムアップ方式で行われてきた」とし、「今回の研究は光を利用しながら同時に黒リンの特異的物性を誘導してナノパターンを作り出したので、トップダウンとボトムアップの双方向でアプローチしてナノ構造を作り出した唯一の研究」と話した。
化学科のクォン・オフン教授は「透過電子顕微鏡を活用して広視野フォトリソグラフィーを実現し、パターンが形成される過程をリアルタイムで観察しながら、２次元半導体素材に高い解像度で正確なパターンを同時に実現したのは初めて」とし、「光－物質間の非線形相互作用に対する理解を広げ、光学現象を基盤とした次世代半導体素子製作技術開発の可能性を確認した研究」と述べた。
今回の研究の理論および計算分析は、高麗大学物理学科のパク・ギュファン教授と共同で行われ、延世大学物理学科のキム・グァンピョプ教授の研究チームも参加した。研究遂行はサムスン未来技術育成財団の支援を受けて行われ、ナノ化学及びナノ素材分野の世界的権威誌であるナノレターズ（Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ）に３月６日（現地時間）付で掲載された。
（参考記事：中国ファーウェイがＥＵＶ技術を特許申請…米制裁克服なるか？）
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