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3nm 이하 미세 공정에서 금속산화물레지스트(MOR)이나 건식(드라이)레지스트 사용량이 늘어날 것이라는 전망이 나왔다. 화학증폭형레지스트(CAR) 형태의 포토레지스트(PR)로는 미세 패터닝에 한계가 있기 때문이다. 

성명모 한양대학교 교수는 《디일렉》이 지난 12일 개최한 '리소그래피&패터닝 테크 콘퍼런스 2023'에서 "삼성전자, SK하이닉스 공히 미래에는 고분자 (기반) 포토레지스트 사용이 근본적인 한계에 부딪힐 것이라고 보고 있다"며 "가장 큰 원인은 식각 저항 때문인데, 인프리아에서 개발한 무기 성분의 극자외선(EUV) PR을 실리콘 옥사이드 식각하면 1 대 10 정도의 식각 저항이 나온다"고 설명했다. 이어 "현재 사용되고 있는 고분자 PR은 1 대 3 정도의 식각 저항이 나오는데, 특정 시점에 (식각 저항 이슈로) 무기물 PR을 사용할 수 밖에 없는 상황이 올 것"이라고 덧붙였다.

PR은 반도체 노광 공정에 사용되는 핵심 소재로 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액의 일종이다. 반도체 공정에서는 이러한 특성을 활용해 회로 패턴을 새기는 데 사용된다. 현재 대부분의 공정에는 CAR 타입 PR이 사용되고 있다.

성 교수가 언급한 무기물 기반 PR은 인프리아, 램리서치, 삼성SDI, 동진쎄미켐 등 기업이 연구 중이다. 인프리아는 현재 일부 제품을 상용화해 반도체 기업에 공급 중이다. 인프리아가 개발한 PR은 주석(Sn) 기반 제품으로 해상력 10nm, 패턴 거칠기(LER) 1.7nm 수준이다.

램리서치도 주석 기반의 드라이 레지스트를 개발했다. 해당 제품의 해상력은 12.5nm, LER은 1.8nm다. 업계에선 두 회사의 제품이 가장 앞서있다고 평가하고 있다. 램리서치의 드라이 레지스트는 기존 PR 도포와 다르게 증착하는 방식으로 패턴을 구현하며, TSMC 등 파운드리 기업이 일부 선단 공정 양산에 적용 중이다. 동진쎄미켐도 램리서치의 드라이 레지스트와 유사한 방식의 무기물 PR을 개발 중이다.

성 교수는 "(PR 연구에서 가장 큰) 문제는 LER의 개선인데, 2nm 이하에서는 굉장히 어렵다"며 "인프리아에서 2nm에서 1.7nm로 낮추는데 5년이 걸렸다"고 말했다. 이어 "삼성 등 업계에서는 1nm 수준의 LER을 요구하고 있는 상황"이라고 부연했다.

업계에서는 무기물 기반 PR 외에도 유기물 기반 PR, 단분자 PR 등 다양한 PR 연구를 진행하고 있다.

디일렉=노태민 기자 [email protected]
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