[편집자 주] 반도체 불황의 끝이 보인다는 기대가 커지고 있다. 아직은 이르지만 바닥을 통과했다는 게 업계 중론이다. 작금의 불황 이후 반도체 산업계에선 다시 미세공정 경쟁이 달아오를 가능성이 크다. 초미세 공정 구현의 한계를 누가 빨리 넘어서느냐가 내년 이후 반도체 시장 주도권의 향방을 가를 것이기 때문이다. 경쟁은 소재·장비 분야에서 시작되고 있다. 보다 미세한 회로를, 더욱 정교하게 그려내기 위한 어드밴스드 리소그래피(Lithography)와 미세 패터닝(Patterning) 기술 및 장비 경쟁 현황을 짚어본다. 

최근 논의되고 있는 차세대 패터닝 기술 중 상용화 가능성이 가장 높은 것은 ASML의 하이 NA 극자외선(EUV)이다. AMSL뿐 아니라 다양한 소재, 부품 회사에서 하이 NA EUV용 기술들을 개발하고 있다. 하이 NA EUV에서 적용될 것으로 주목받고 있는 기술들은 건식 레지스트, 곡선 형태의 패턴이 들어간 포토마스크 등이 있다.  하이 NA EUV 장비는 미세 회로를 그리기 위해 기존 EUV 장비 대비 렌즈 개구수(NA·Numerical Aperture)를 0.33에서 0.55로 늘렸다. 노광 장비의 경우 NA 값을 늘리거나 파장을 짧게 만들 수록 더욱 미세한 패터닝이 가능하다. 미세 패터닝 구현을 위해서는 소재와 부품에서의 혁신도 필요하다. 가장 활발히 연구가 진행되고 있는 분야는 포토레지스트(PR)다. 포토레지스트는 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액의 일종이다. 반도체 노광 공정은 먼저 PR을 웨이퍼에 도포한 뒤, 포토마스크를 장착한 노광 장비를 통해 패턴을 만드는 방식으로 진행된다.  기존 노광 공정에서는 화학증폭형레지스트(CAR)가 주로 사용됐다. 논의되고 있는 기술은 건식 레지스트다. 분자 크기가 CAR 대비 6배 이상 작아 미세 패터닝이 가능할 것으로 기대된다. 건식 레지스트 시장에서 가장 앞서있는 기업은 램리서치다. 램리서치가 개발한 건식 레지스트는 웨이퍼에 도포하는 습식 형태의 CAR과 달리, 증착 공정을 통해 박막을 형성하는 방식이다. 이후 패터닝 과정은 습식 레지스트와 동일하다. 램리서치 외에도 인프리아, 동진쎄미켐 등 기업이 무기물 형태의 차세대 PR을 개발 중이다. 곡선 형태의 패턴이 들어간 포토마스크를 사용해 해상력을 키우려는 시도도 있다. 포토마스크는 반도체 노광 공정에 필요한 핵심 부품으로 일종의 회로도다. 고순도 쿼츠를 가공해 만든 블랭크마스크 위에 반도체 회로 패턴을 새기는 방식으로 만든다. 현재 대부분의 반도체 공정에는 직선 형태의 패턴이 들어간 포토마스크가 사용되고 있다. 이는 포토마스크 회로 패터닝 기술의 한계 때문이다.  최근, 멀티 빔 마스크 노광기(MBMW)가 상용화되면서 곡선형 포토마스크 기술에 대한 개발도 빨라지고 있다. 업계에서는 곡선 형태의 패턴 도입 시, 웨이퍼 공간 효율화, 수율 향상 등을 이뤄낼 수 있을 것으로 보고 있다. 다이닛폰인쇄(DNP), 토판(Toppan) 등 기업이 개발 중인 것으로 알려졌다. 다만, 이러한 개발은 해외 기업들을 중심으로 진행되고 있다. 소재 업계 관계자는 "하이 NA EUV 관련 기술 개발에서 국내 기업이 해외 기업에 밀리는 양상을 보이고 있다"며 "시장 선점이 중요한 소재, 부품 시장에서 국내 기업의 집중적인 R&D가 필요하다"고 분석했다. 이외에도 나노임프린트리소그래피시스템(NIL)용 소재, 부품을 개발 중인 기업들이 있다. 토판, DNP 등 기업이 NIL 포토마스크를 개발 중이며, 도쿄오카공업(TOK)은 NIL용 레진을 연구 중이다. 업계에서는 NIL이 비교적 회로 구조가 단순한 반도체 영역을 중심으로 확대 적용될 것으로 보고 있다.

디일렉=노태민 기자 [email protected]
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