[포토공정] 추가교육 : "교육생들 질문 photoresist technology #3"

반도체사관학교 포토공정 대령 단계

오늘은 차세대 resist technology에 새로운 resist를 소개하려고 합니다. 지난 교육에서 '인프리아'의 무기나노클러스터 레지스트 또한 New generation resist technology로 주목받고, 현재 양산 준비를 마친 것으로 알고 있습니다. 이번에 소개할 내용은 '램리서치테크놀로지' 사의 dry resist에 대해서 이야기 해보려고 합니다. 

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[질문 1]. 무기 photoresist가 갖는 장점에 대해서 이야기해보세요.

 

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

무기 나노입자 레지스트의 장점은 기존 유기물 레지스트 대비 더 얇게 만들 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 초미세공정으로 갈수록 레지스트 박막 두께가 얇아지고 있습니다. 하지만 유기물 레지스트를 사용할 경우 박막이 너무 얇으면 후속공정인 에칭 공정을 견디지 못하는 이슈가 발생합니다. 유기 레지스트를 이용하여 얇은 박막으로 패턴을 구현할 시 etch resistance 특성을 확보하기 어려움을 의미합니다. 무기물은 금속이기 때문에 유기물 레지스트보다 etch resistance 특성이 매우 우수합니다. 

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[꼬리 1-1]. 무기 나노입자 레지스트를 사용하는데 이슈는?

정확한 패턴을 구현하기 위해서는 무기나노입자 레지스트의 우수한 박막 특성이 요구됩니다. 그래서 무기나노클러스터 레지스트 이외에도 균일한 박막 특성을 보완할 수 있도록 '드라이 레지스트' 또한 차세대 레지스트로 각광받고 있습니다.

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[질문 2]. 'Dry resist에 대해서 설명해보세요.

Dry resist는 etching 기술과 CVD 기술을 결합시킨 기술로 레지스트 패턴을 만드는 기술입니다. CVD를 이용하여 기체 반응가스를 주입하여 레지스트 박막을 형성하는 것입니다. Dry resist 또한 무기물 레지스트이며, 무기나노클러스트와의 공통점은 무기물을 감싸고 있는 유기쉘을 이용하여 EUV 조사시 유기리간드들이 제거되면서 무기물들이 결정을 이루면서 패턴을 구현하는 Negative type resist라는 것입니다. 차이점은 무기나노클러스트와 달리 solid 박막 형태이기 때문에 현상 시 액체가 사용되지 않는다는 장점을 가지고 있습니다.

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[꼬리 2-1]. Dry resist 의 장점을 구체적으로 이야기해보세요.

Dry resist는 말그대로 용액이 아닌 solid 상태의 박막입니다. 그렇기 때문에 현상시 발생하는 표면장력에 의해 패턴 불량이 발생하는 이슈를 해결할 수 있습니다. 또한 우수한 CVD 증착기술로 균일한 박막을 증착할 수 있습니다. 이는 나노무기클러스트가 가지는 균일한 박막 형성의 이슈를 보완할 것이라고 생각합니다. 박막이 균일하지 않다면 결국 LER 수치가 낮은 패턴을 만들기 어렵다는 이슈가 발생합니다. 

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[세부설명]
 램리서치 사는 에칭기술이 매우 뛰어난 회사로 알려져 있습니다. 뛰어난 에칭 기술을 기반으로 패터닝 공정을 진행할 수 없을까 고민을 많이 했습니다. 결국 램리서치 사는 에칭기술과 CVD 기술을 결합한 기술로 레지스트 패턴을 만드는 기술을 개발한 것입니다. 2년 전 SPIE Advanced Lithography 학회에서 램리서치는 드라이레지스트 기술을 발표했습니다. 인프리아 사는 유기물로 둘러쌓인 무기물을 액상 형태로 코팅하고, 램리서치는 기체상으로 CVD 기법을 사용하여 레지스트 박막을 형성합니다. 
 램리서치 사의 레지스트 박막 또한 인프리아 사의 나노무기클러스 레지스트와 동일한 메커니즘을 따릅니다. 유기물이 많이 포함된 무기 박막에 EUV가 입사되면 EUV 광자의 높은 에너지로 유기물이 떨어져 나가고 무기물들이 결합하게 되면서 회로패턴이 형성됩니다. 이런 무기물들이 결합하게 되면 앞서 위에서 말씀드렸듯이 Etch resistance 특성이 매우 우수합니다. 그러면 유기물이 남아 있는 부분과 무기물이 남아 있는 두 영역으로 구분이되고 에칭을 진행하면, 잔여 유기물이 있는 부분은 에칭이 되고 무기물이 있는 부분은 남게 됩니다. 즉, 현상공정을 에치공정이 대신하는 것입니다. 그래서 패터닝 공정 상에 액체가 활용되지 않아 드라이 레지스트라고 명명하는 것입니다. 

첨언 : 드라이 레지스트의 장점은 용액을 활용하지 않는다는 점입니다. 그로인해 폐수처리와 같은 환경적 요인에 긍정적인 영향을 미칩니다. 특히 트랙장비에서 액상 형태의 유기 PR 코팅시 낭비되는 PR과 현상공정시 현상액 등 이 모든 것들을 처리하려면 결국은 다 돈이 들기 때문에 드라이 레지스트는 이런 관점에서는 큰 경쟁력이라고 생각합니다. 
 또한, 현상과정에서 액체가 사용되지 않기 때문에 현상액이 드라이되면서 생기는 표면장력에 의해 패턴이 무너져서 생기는 불량 및 결함을 개선할 수 있는 장점이 있습니다. 인프리아 같은 경우에는 무기물이기 때문에 조금 더 이러한 패턴이 무너져 내리는 데 저항하는 특성이 있을 수 있지만 액체가 활용되기 때문에 완전히 배제할 수는 없는 현상입니다. 하지만 드라이 레지스트는 액체가 완전히 포함되지 않기 때문에 표면장력 자체가 없으니 패턴이 무너지는 현상을 최대한 억제할 수 있습니다.

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램리서치, 증착으로 EUV PR 만드는 '드라이 레지스트' 개발

• 미국 반도체 장비업체 램리서치가 화학반응으로 극자외선 포로레지스트 박막을 만드는 기술을 개발했습니다. 웨이퍼에 액체 PR을 코팅할 때보다 해상력이 높고 비용까지 절감할 수 있다고 설명했습니다.
• 기존 액체 EUV 레지스트와 코팅시장은 현재 일본업체가 시장을 점령하고 있는 실정입니다. 삼성전자 등 일본 수출 규제로 EUV 레지스트 공급에 영향을 받았던 국내 반도체 제조사들이 램리서치 사에 '드라이레지스트' 기술에 큰 관심을 가질 것으로 예상됩니다.
  
  
• 드라이 레지스트는 반도체 전공정 핵심 기술인 노광공정 직전에 활용됩니다. 빛으로 반도체 회를 반복적으로 찍어내는 노광공정을 진행하기 전에 반도체 업체들은 빛에 반응하는 액상형태의 레지스트를 웨이퍼에 도포합니다. 기존에는 레지스트를 스핀코팅 방식으로 도포했었고, 트랙장비에서 웨이퍼를 회전시키면서 액상 레지스트를 웨이퍼에 떨어트려 균일한 두께의 레지스트 박막을 형성했습니다. 그런데 EUV 공정이 도입되면서 액체 EUV 레지스트의 이슈가 발생하게 됐습니다.

[포토공정] 추가교육 : "교육생들 질문 photoresist technology #1 "

• EUV 광원의 에너지가 ArF 광원의 10배 이상 코지면서 outgassing의 이슈가 발생했고, 램리서치는 이러한 이슈를 해결하기 위해 웨이퍼 위에 얇은 층을 쌓는 핵심 전공정인 '증착'을 도입했습니다. 램리서치가 출원한 특허에 따르면 기존에 활용된 스핀코팅과는 달리 챔버에서 화학반응을 통해 박막을 형성하는 CVD나 ALD 방법으로 레지스트 박막을 형성합니다. 액체형태가 아닌 화학반응으로 박막을 형성하기 때문에 '드라이 레지스트'라고 명명합니다.
  
  
• 이 방법을 이용하면 조사선량을 줄이면서, 높은 해상력을 가진 박막을 형성해 EUV에 필요한 반도체 회로를 보다 선명하고 정확하게 찍어낼 수 있다고 보고했습니다. 
  
  
• 기존의 방법보다 비용을 회긱적으로 절감할 수 있는 장점이 있습니다. 기존 EUV 액상 레지스트의 스핀코팅 방식은 웨이퍼가 회전하면서 낭비되는 레지스트의 양이 상당합니다. 그러나 램리서치 장비는 화학반응을 이용하여 박막을 형성하기 때문에 소비량이 5분의 1에서 10분의 1까지 줄여 원가를 절감하는 경쟁력까지 갖추고 있다고 보고했습니다.
  
  
• 본 기술은 아직 반도체 산업에 적용되지 않았지만, 장비가 사용화 됐을 때, 기존 시장 패러다임 변화가 기대됩니다. EUV 레지스트 시장은 JSR, TOK, 신에츠 등이 현재 90% 이상을 점유하고 있고, 램리서치가 일본 EUV 소재와 경쟁하겠다는 의도로 해석된다며, 지난 일본 수출규제가 있었던 만큼 한국 반도체 업체들이 적극적으로 이 기술을 테스트 해볼 것으로 예상됩니다. 

 

램리서치, 증착으로 EUV PR 만드는 '드라이 레지스트' 개발…日 기술 대체 촉각