[포토공정] 추가교육 : "교육생들 질문 photoresist technology #2"

포토공정 중령 단계

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Resist technology에 2번째 추가교육 시간입니다! 오늘 하루도 고생 많으셨어요.

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[질문 1]. EUV Photoresist 개발이 어려운 이유가 무엇인가요.

Photoresist에 들어가는 성분은 정말 다양합니다. 뿐만 아니라 포토레지스트는 물질을 구성하는 성분의 최적화도 요구되지만, 패터닝하는 과정에서도 컨트롤해야 하는 변수가 매우 많습니다. 포토레지스트를 구성하는 고분자가 어떤 특성을 가져야 하며, 분자의 크기는 얼마나 되야 하는지. 또 도포를 했을 경우, 박막 두께는 어떻게 돼야 하는지, 성분끼리의 조화도 고려해야 합니다. 더 나아가 공정을 진행하면서 베이킹 온도는 몇도로 해야하며, Exposure time, 현상액 종류, 현상 시간 등 정말 많은 변수들이 존재합니다. 따라서 이 포토레지스트가 양산에 적용되기 위해서는 이 변수들을 모두 최적화시키는 과정이 필요하기 때문에 어려운 것입니다.

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[꼬리 1-1]. 포토레지스트의 신뢰성이 미치는 영향은 무엇입니까.

포토레지스트는 성분 자체가 유기물입니다. 그러다 보니 수명 이슈가 존재할 수밖에 없습니다. 특히 현업에 계신 선배가 한 말이 떠오릅니다. "오늘의 정답이 내일은 아닐 수 있다." 오늘 최적화된 조건이 내일은 달라질 수 있다는 의미입니다. 레지스트의 특성이 시간이 지남에 따라 변하게 되고 오늘의 40nm 패턴이 내일은 50nm 패턴이 될 수 있습니다. 결국 재료의 신뢰성을 잃으면, 고객사의 신뢰 또한 잃게 되기 때문에 매우 중요한 이슈입니다.

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[질문 2]. EUV 공정의 RLS trade off 이슈는 어떤 방향으로 개선해야 하나요..

EUV의 RLS trade off를 개선하기 위한 방향은 EUV용 포토레지스트 개발에 집중되어 있습니다. 최근에는 RLS trade off를 완화시키기 위해 높은 해상력을 지니는 소재의 확보를 위해 많은 연구가 이어지고 있습니다. 그중 대표적으로 '무기 나노클러스터', 즉 무기 나노입자를 이용한 EUV 레지스트가 주목받고 있습니다.

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[꼬리 2-1]. 무기나노입자 레지스트에 대해서 설명해보세요.

무기나노입자 레지스트는 주석을 포함하는 레지스트가 대표적입니다. 주석 원소는 EUV 광에 대해서 높은 흡수율을 가지는 물질입니다. 주석이 EUV를 방출하기도 하고, 흡수를 함으로써 레지스트로서 역할을 할 수도 있습니다. 그래서 주석을 포함하는 물질로 EUV 레지스트릃 개발하는 방향이 제안되었습니다.

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[꼬리 2-2]. 무기나노입자 레지스트의 메커니즘은 기존 레지스트와 다른가요?

무기물 레지스트는 완전한 무기물로 이루어진 것이 아닌, 유기물 쉘로 둘려 쌓여 있는 무기물 구조의 레지스트입니다. 유기물을 이용하여 무기물 입자의 표면개질을 통해 액상형태로 유지할 수 있어 코팅력을 향상시킬 수 있습니다. 도포시 레지스트 박막이 만들어지고 그 위에 EUV를 조사하면 EUV를 흡수한 주석입자에서 폭발이 일어납니다. 그러면 주석을 감싸고 있는 유기쉘들은 다 벗겨지게 되고 무기원자들만 남아서 무기 원자들끼리 서로 결합을 통해 용해되지 않는 패턴을 구현하게 되는 것입니다. 

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[꼬리 2-3]. 그러면 방금 말씀하신 무기나노입자레지스트는 무슨 type resist인가요?

Negative type의 resist입니다. DUV의 양산에 사용되는 Resist는 positive type의 resist입니다. 상대적으로 해상도가 높고, PR 잔여물인 Scum이 형성되지 않는다는 장점을 가지고 있기 때문에 미세화 트랜드에 맞게 채택되었습니다. 무기나노클러스트 레지스트는 EUV를 흡수한 주석입자 부분이 결정화되면서 패턴을 형성하기 때문에 Negative type이라고 할 수 있습니다. 

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[꼬리 2-4].  레지스트가 상용화 되기 위해서 공정상 이슈가 무엇이 있을까요?

EUV레지시트의 상용화의 촉진은 집적회롤 만들고 반도체 공정라인을 갖추고 있는 기업에게 달려있습니다. 이런 칩메이커 업체들이 원하는 것은 미세한 선폭을 가지는 균일한 패턴을 형성하는 것입니다. 그런데 결함없이 패턴을 만들기 위해서는 레지스트의 두께가 두꺼워서는 안됩니다. 만들고자 하는 패턴이 ,10nm이면 레지스트의 두께는 20nm 정도까지 허용된다고 보면 됩니다. 특히 레지스트 박막의 두께가 두꺼우면 패턴들이 다 무너져버리는 이슈가 존재합니다. 현상액이 가지는 표면 양력이 작용하면서 현상액이 dry되는 과정에서 표면장력 떄문에 레지스트 패턴이 무너지게 돼 결함 및 회로의 불량을 야기합니다.

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[꼬리 2-5].  레지스트를 얇게 만들면 해결되는거 아닌가요

레지스트 박막이 너무 얇으면 레지스트의 역할을 제대로 수행하지 못하는 이슈가 발생합니다. 레지스트는 노광공정에서 미세패턴을 원하는 크기로 정확한 위치에 균일한 패턴을 형성하는 것이 목표입니다. 하지만 원하는 패턴을 형성하더라도 레지스트 박막이 너무 얇으면 후속공정인 에칭공정을 박막이 견디지 못합니다. 그래서 photoresist 선정조건에 우수한 etch resistance가 중요한 key parameter 중 하나인 것으로 알고 있습니다. 유기 레지스트로 얇은 박막을 패턴할 시에는 etch resistance 특성을 확보하기 어렵기 때문에 특히 5nm 이하의 EUV 공정에서 얇은 유기 레지스트는 한계를 가지는 것입니다.

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[꼬리 2-6].  무기물은 괜찮나요?

무기물은 금속이기 때문에 유기물보다 etch resistance 특성이 매우 우수합니다. etch selectivity 또한 뛰어납니다. 하지만 무기나노입자 레지스트를 코팅할 때, 균일하고 거칠기 특성이 우수한 박막 코팅능력이 요구 됩니다.

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[반도체 시사] "인프리아, EUV 무기물 PR 생산량 2배 '급성장'"

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교육생 여러분들 반드시 자신의 언어로 바꾸셔야 합니다. 제가 말주변이 부족해서 크게 와닿지 않는 부분이 있을 수 있습니다. 그럴 때는 피드백을 해주시면 정정하도록 하겠습니다.
오늘 하루도 고생하셨습니다. 충!성!