[영상] EUV 포토레지스트 왜 어렵나? 동진쎄미켐의 의미있는 '첫 개발 성공!'
2023-01-10 장현민 PD
진행 : 한주엽 디일렉 대표
출연 : 이진균 인하대학교 고분자공학과 교수
-오늘 인하대학교 이진균 교수님 모셨습니다. 교수님 안녕하십니까. “안녕하십니까” -저희 디일렉이 한양대학교 EUV-IUCC와 공동으로 1월 12일 온라인으로 EUV와 관련된 앞으로 어떻게 진화를 할 것인지, 기술 진화상이 어떻게 될 것인지 현재의 과제가 무엇인지를 조망하는 이후 웨비나를 엽니다. 유료 행사이고요. 관심 있으신 분들은 참여하셔서 봐주시면 좋겠는데. 오늘 이진균 교수님은 포토레지스트 분야에서 연구를 오랫동안 해오신 분이고 오늘 특별히 강의를 하러 나와주셔서 제가 유튜브 하자고 얘기를 해서 촬영을 하게 됐습니다. 교수님 포토레지스트는 반도체 리소그래피 공정 작업 안에서 굉장히 중요한 어떤 핵심 재료라고 얘기할 수 있는데. 강의하시는 걸, 제가 사전 녹화하시는 거를 들었는데 좀 어려워서 편하게 좀 얘기를 좀 해주시면 좋겠습니다. 포토레지스트는 어떤 용도로 어떤 역할을 하는 겁니까? “포토레지스트는 반도체 회로를 새길 때 밑그림을 그려주는 소재라고 이렇게 얘기할 수가 있습니다. ‘반도체 회로를 그린다’ 되게 어려울 것 같은데 실은 축소 복사입니다. 여러분들이 커다란 종이에 글씨를 쓴 다음 얘를 복사기에 넣고 축소 복사를 하면 굉장히 작게 그릴 수 있지 않습니까? 그럼 이렇게 축소 복사를 하는 것이 결국 반도체를 제조하는 리소그라피 공정인데 축소 복사할 때 글씨를 써야 하지 않습니까. 그럼 그 글씨를 쓰려고 하면 종이 위에 검은 잉크로 표시가 되어야 되는데 이 검은 잉크가 바로 포토레지스트(Photoresist, 감광액)인 거죠. 즉 회로도는 포토마스크(PM)라고 하는데 그려놓고. 그 포토마스크(PM)에 대고 자외선을 쪼이고 그러면 그 빛을 모아서 축소 복사할 때 그 자외선이 닿는 것 회로 밑그림을 만드는 게 결국 포토레지스트가 되겠습니다.” -액체입니까? “포토레지스트는 액상으로 액체로 보이는데 실은 그 안에 플라스틱이 녹아 있는 액체라고 할 수 있는 거죠.” -빛이 포토마스크를 지나서 포토레지스트에 닿으면 반응을 하는 겁니까? “맞습니다. 일단 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 간략하게 말씀드리면 실리콘 판이 있고요. 실리콘 웨이퍼라고 하죠. 실리콘 웨이퍼 위에다가 포토레지스트를 골고루 펴서 발라줍니다. 그러면 이 포토레지스트는 원래 액체 상태로 발라지는데 즉 페인트칠을 생각하시면 되죠. 그때는 이제 스핀 코터라고 해서 웨이퍼를 회전시키면서 발라주게 하는데.” -웨이퍼로 막 회전하는 웨이퍼에 스포이트 같은 걸 쭉 떨어트리면. “맞습니다. 유튜브든 아니면 뉴스에도 많이 보시는 그런 영상인데 포토레지스트를 잘 펴서 발라준 다음에 그러면 이제 용액이 발라진 다음 건조가 되면 페인트가 굳듯이 결국 딱딱한 플라스틱 막이 만들어지거든요. 그 플라스틱 막에다가 포토마스크를 대고 자외선을 쪼여주는 겁니다. 그러면 이제 그냥 자외선을 쪼이느냐 아니면 노광기를 통해 쪼이느냐에 따라서 축소 복사의 정도가 달라지고요. 어쨌든 포토마스크(PM)라는 데 그려놓은 회로가 포토레지스트 박막으로 그대로 옮겨지게 됩니다.” -빛을 받으면 그러면 어떻게 됩니까? 포토레지스트가 빛을 받으면 빛을 받은 부분만 날아갑니까? 아니면 어떻게 되는 거죠? “이게 조금 어려운 이게 반도체라기보다는 이제 화학이 들어오게 되는데 많은 분들이 화학을 좋아하시는 분도 있지만 대부분 싫어하시죠. 이때 이제 포토레지스트는 화학 소재라 화학 반응이 일어나게 됩니다. 즉 자외선을 받게 되면 그 자외선이 쪼여진 부분이 변하는 거죠. 변해서 현상액에 녹지 않던 부분이 녹는 형태로 바뀌기도 하고요. 녹지 않던 부분이 녹게 되기도 하고 녹던 부분이 녹지 않게 되기도 하고 이것은 이제 필요에 따라서 달라지는데 일단 좀 어렵지만 화학 반응이 거기서 중요한 역할을 하게 되고 화학 반응의 종류에 따라서 이 포토레지스트가 또 구분이 되게 됩니다.” -빛을 받으면 반응을 해서 날아가거나 받지 않은 부분이 날아가거나 이렇게 되는 건데. 빚을 받았을 때 날아가는 그 역할은 포토레지스트 안에 있는 뭐 어떤 성분이 뭐 작용을 하게 되는 겁니까? “네. 포토레지스트가 화학 물질로 구성되어 있는데 그 화학물질이 빛에 의해서 반응을 한 거죠. 가장 쉽게 여러분들이 최근에는 좀 이게 이해하기 어려운데 좀 나이가 드신 분들 보시면 필름 사진기 생각하시면.” -옛날에 많이 썼죠. “맞습니다. 필름 사진기를 생각하시면 딱 맞습니다. 필름 사진기. 필름을 대고 빛을 쪼이면 우리가 사진을 찍을 수 있는 것처럼 포토레지스트도 마찬가지로 그 물질을 바른 다음 빛을 쪼이면 우리가 회로 이미지를 회로 패턴을 만들 수 있게 되는 겁니다.” -포토레지스트는 뭐로 만들어져요? “포토레지스트는 제가 ‘플라스틱판’이라고 말씀드렸는데 플라스틱과 유사한 고분자라는 소재로 만들어져 있습니다.” -고분자는 분자가 많다는 얘기입니까? “고분자라는 것이 일본 용어를 그대로 들여오다 보니 고분자가 된 건데요. 정확하게 우리 말로 말하면 커다란 분자 또는 조금 한자로 거대 분자.” -뭐가 고분자, 우리 일상생활에서 쓰는 조미로 같은 거 고분자라고 얘기할 수 있습니까? “조미료는 고분자는 아니고요. 밀가루가 녹말과 비슷한 형태라고 할 때 녹말이든 아니면 밀가루든 이런 것들이 전부 포도당이 서로서로 연결되어 만들어진 고분자라고 할 수 있습니다.” -분자량이 몇 개 정도가 돼야 됩니까? “대략적으로 한 분자량 5천. 그러니까 물 분자가 한 18 정도 되고요 그다음에 이산화탄소 분자가 한 44 정도라고 할 때 고분자가 한 5천 정도라고 생각하면 그거의 한 100개 정도? 물 분자가 한 250개 정도 연결되어 있다고 하면은 고분자라고 말할 수 있겠습니다.” -지금 예를 들어서 지금 포토레지스트는 고분자로 이루어졌다 하는데. 고분자 여러 가지 종류들이 있는 것이죠? 그러면 그 안에는? “맞습니다. 고분자는 여러 가지 작은 분자들이 서로서로 연결되어 만들어진 소재들이고요. 또 포토레지스트 안에 고분자만 들어 있는 건 아니고요. 고분자 이외에도 여러 가지 화학 반응을 일으키고 진행을 도와주는 그런 성분들이 다 같이 포함이 되어 있습니다.” -그건 뭐라고 합니까 그쪽 업계에서는? “이러한 화학 반응, 구성 성분들 좀 어려운 얘기인데요. 대표적으로 솔벤트(Solvent, 용제)가 들어가 있을 거예요. 페인트처럼 발라야 하니까 솔벤트(Solvent, 용제)가 들어가 있을 거고 그다음 그 안에 실제로 빚을 받아서 분해되는 감광제, 즉 광산발생제(PAG)라는 것도 들어가 있고.” -그건 영어로 뭐라고 합니까? “이건 이제 PAG(Photo Acid Generator) 또는 그냥 많이 얘기하기로는 광산발생제(PAG)라고 하는데. PAG라는 성분이 들어가 있고요. 그다음에 역시 잘 발라질 수 있도록 도와주는 물질이 필요하거든요. 이런 건 이제 계면 활성제라고 해서 비누 같은 성분들이 또 들어가 있습니다. 이 이외에도 또 그 반응을 조절하기 위한 퀜처(quencher)라고 하는 물질도 들어가 있고 이 포토레지스트는 굉장히 복잡한 물질의 혼합물입니다.” -포토레지스트를 하는 회사라고 하면 그걸 다 어딘가에서 자기들이 다 만들 수도 있지만, PAG는 어디서 받아오기도 하고 어떤 건 어디서 받아오기도 하고 그렇게도 합니까? “네. 이게 제가 알고 있기로는 주로 주요 포토레지스트 제조사들은 잘 만드는 그 각각의 성분들을 잘 만드는 회사들을 데리고 가고요. 협력사에서 공급한 물질들을 최적의 비율로 최적의 조성으로 합쳐서 포토레지스트 소재를 시중에 판매하게 됩니다.” -그러면 “포토레지스트 좋은데?”, “얘는 좀 별로야”라고 하는 그 기준은 뭐가 됩니까? “결국은 포토레지스트라는 것은 포토리소그래피(Photolithography)라는 축소 복사 기술에 활용이 되는데 축소 복사할 때 이제 생각해 보시면 얼마나 작게 축소 복사할 거냐. 근데 축소 복사를 했는데 게네들이 너무 울퉁불퉁해서 우리가 써먹긴 그렇다. 즉 포토레지스트 패턴을 만든다고 하는데 포터레지스트가 너무너무 울퉁불퉁하게 회로 패턴을 만든다든가 그러면 이건 쓸모가 없거든요.” -패턴이 잘 안 그어진다. “그렇죠. 패턴이 매끈하게 깔끔하게 딱딱 떨어져야 되는데. 쥐가 파먹은 것처럼 톱니바퀴처럼 울퉁불퉁하면 실제 반도체 회로를 만들었을 때 좋은 특성의 소재가 나오기 어려울 겁니다. 그리고 만약에 포토레지스트 패턴을 만들었는데 A라는 회사는 뭐 100이라는 에너지를 투입해서 만들었는데 B라는 회사는 200이라는 에너지를 투입해야 된다 그러면 100이 훨씬 낫죠. 생산성을 생각해보면 100이라는 회사가 집적회로를 만들 때 10개를 만든다고 할 때 노광량이 에너지가 200이 필요한 회사는 50개밖에 못 만들 겁니다. 생산성이 차이가 나기 때문에.” -그건 뭐에 좌우되는 겁니까? 그건 민감도 이런 거로 나뉘나요? “네 그게 바로 포토레지스트의 감도라고 하는 특성인데요.” -그럼 감도라는 것은 높아야 낮은 에너지로. “보통 이게 좀 어려운 문제인데요. 실제로 집적회로 업계에서 말하는 수치는 해상도는 낮을수록 좋다고 얘기합니다.” -해상도가 낮을수록 좋고. “왜냐하면 해상도가 그 업계에서 말하는 것은 해상도는 최소 선폭이거든요. 얼마나 작은 패턴을 만들 수 있는가입니다. 그 패턴의 크기를 해상도라고 말하기 때문에 작을수록 좋고 또 이 패턴을 만든다고 하더라도 울퉁불퉁 거칠지 않게 만들어야 됩니다. 거칠기가 작아야 됩니다. 작아야 되죠.” -그걸 LER(패턴 거칠기, Line Etch Roughness) 이라고. “LER 이라고 Line Etch Roughness라고 하는 수치가 되겠습니다. 그다음에 감도는 그 패턴을 만들 때 넣어줘야 되는 쪼여줘야 하는 자외선의 에너지입니다. 에너지를 많이 넣는 것보다 작게 넣는 게 좋겠죠. 그러면 결국 감도라는 수치도 작아야 되죠.” -무조건 작으면 좋습니까? “감도가 무조건 작으면 좋은 건 아닌데. 우리가 원하는 크기의 패턴을 우리가 원하는 거칠기의 패턴을 만든다는 전제하에서 작을수록 좋습니다.” -그게 그 감도에 대한 거를 표현하는 수치가 있던데 뭐라고 합니까? “그게 보통 에너지 단위를 쓰게 되는데요. mJ/cm² 이런 수치로 얘기를 합니다. KrF, ArF, EUV 전부 다 mJ/cm²이라는 단위 면적당 투입되는 에너지 mJ/cm²라는 단위로 많이 표현을 합니다.” -그러니까 이제 “이 포토레지스트는 되게 좋아”라고 얘기하는 것은 말씀하신 대로 레졸루션을 좀 더 작게 만들 수 있으면서도 줄을 그었을 때 매끈한 LER(패턴 거칠기)이 되게 좋아야 되고 감도도 낮아야 된다. “맞습니다.” -이 세 가지를 다 동일하게 이렇게 올라갈 수 있는 겁니까? “그 세 가지 변수를 전부 다 0으로 몰아갈 수 있으면 제일 좋죠.” -근데 그게 아까 제가 강의한 거 사실이 들어서 이게 RLS Trade off라고 얘기했는데. 뭐가 두 개를 이렇게 올리면 뭐 하나가 떨어지고 이랬다면서요? “그런 문제가 발생을 하는 게 이게 문제인 거죠. 즉 굉장히 작은 패턴을 만들고 싶고 굉장히 매끈하게 만들고 싶은데 대신 에너지는 얼마 안 쓰고 싶다. 즉 포톤은 몇 개 안 집어넣고 싶은 거죠. 남들이 포톤을 100개를 넣어서 패턴을 만든다고 할 때 우리는 50개만 넣어서 만들고 싶다. 근데 100개를 넣은 것하고 동일한 품질이 나온다. 그럼 당연히 작게 넣는 게 좋죠.” -그렇죠. “그런데 문제는 들어가는 광자(photon)의 개수가 작아지면 어쩔 수 없이 울퉁불퉁하게 될 수밖에 없습니다.” -아 그래요? “그래서 작은 패턴을 에너지를 얼마 안 들이고 광자를 몇 개 안 넣고 만들려다 보니 LER이 나빠진다. LER이 커지는 거죠. 즉 두 개의 변수는 줄이는데 하나가 희생되는 이게 결국 RLS 트레이드 오프라고 할 수 있습니다.” -줄였는데 근데 이렇게 막 거칠기가 거칠다 이러면 보전하려면 어떻게 해야 됩니까? “굉장히 어려운 질문인데요. 많은 레지스트 제조사들이 노력하는 것이 광자는 몇 개 안 넣되 거칠기가 좋은 패턴을 만들고 싶어 합니다. 그런 레지스트를 개발하고 싶어 하죠. 그게 결국 핵심이고 핵심 기술력이고 레지스트의 화학 반응을 바꾸기도 하고 레지스트를 구성하고 있는 그런 원소들을 좀 바꾸기도 하고 이건 굉장히 어려운 문제인데.” -그걸 답을 알고 그대로 실행해서 만들 수 있다고 하면 좋은 PR 회사가 되는 거군요. “맞습니다.” -죄송합니다. 너무 어려운 질문을 제가 드렸는데. “그게 결국 저희가 연구를 계속해야 되는 이유고요.” -그런데 그러면 EUV도, 아까 노광 장비의 어떤 빛의 파장에 따라서도 이제 계속 바뀌지 않습니까? ArF 같은 경우는 193 nm(ArF). 그전에는 246 nm(KrF)입니까 KrF는 그렇고 이 EUV는 13.5 nm. 빛의 파장이 다른데 광자의 수가 다 다릅니까? 이렇게 파장이 달라지면? “파장이 달라지면 당연히 광자의 수가 달라질 수밖에 없죠.” -낮아질수록 광자가 많아집니까? 어떻게 됩니까? “여기서 이제 우리가 사용할 수 있는 아까 mJ/cm²를 말씀드렸는데 우리가 사용해야 하는 빛의 한계가 있다. 우리는 50 mJ/cm²을 활용한다 그러면 krf도 50 mJ/cm², arf 50 mJ/cm², EUV도 50 mJ/cm² 줄 정도의 에너지를 이용해서 패턴을 만들어야 하거든요. 너무 많은 빚을 투입하게 되면 말씀드린 대로 공정 시간이 길어지니까 생산성이 떨어지는 거죠. 그러면 대략적으로 사용할 수 있는 빛의 에너지는 결정돼 있습니다. 그러면 광자 하나하나의 에너지가 작은 경우와 광자 하나하나의 에너지가 큰 경우. 그러면 KrF는 광자의 에너지가, 즉 KrF라고 하는 것은 248 nm. 그거에 비해서 EUV는 13.5 nm. 13.5 nm의 파장이 짧기 때문에 에너지가 훨씬 크거든요.” -광자 하나당 에너지가? “광자 하나 당의 에너지가. 그러면 광자 하나당의 에너지가 크고 KrF는 광자 하나당의 에너지가 작고 그러면 같은 동일한 에너지를 놓고 보면 KrF는 광자를 많이 넣어야 되고 EUV는 몇 개의 광자만 넣으면 벌써 그 에너지가 차버리고 이런 상황이 발생하는 거죠.” -그러니까 그렇게 빨리 작은 광자로도 에너지가 달성이 되면 아까 얘기한 그 라인을 그었을 때 어떤 변동이 있습니까? “이렇게 생각하시면 편합니다. KrF나 ArF 리소그라피는 우리가 하나의 패턴, 즉 섬 모양을 만드는 데 쌀알을 이용해서 그 패턴을 그리는 거라고 생각하시면 됩니다. 벼 알갱이를 쌀알을 이용해서 어떤 10cm 정도 되는 패턴을 그린다고 할 때 EUV는 콩을 이용해서 콩을 이용해서 패턴을 그린다고 생각하시면 되죠 왜냐하면 쌀알은 크게 작지 않습니까? EUV는 에너지가 큰 콩에 해당한다고 보면 쌀로 그릴 때는 패턴이 매끈하다가도 그걸 동일한 패턴을 콩으로 그리려고 하다 보면 아무래도 울퉁불퉁해질 수밖에 없습니다. 이런 게 결국 서로 다른 에너지의 광자를 이용해서 패턴을 형성할 때 차이를 만들어내는 거죠.” -그러니까 빛의 어떤 그러니까 광원의 특성이 바뀌니까 포토레지스트도 그렇게 바뀌어야 되는 거예요. 맞춰서 그래서 그게 어렵다고 지금 EUV용 PR을 만드는 건 그래서 어렵다는 겁니까? 그럼 어떻게 연구개발을 어떻게 하고 있어요? 그냥 기존에 다른 기업들? 일본 기업들은 되게 그래도 좀 상용화를 많이 했던 것 같은데. “포토레지스트라는 것이 일종의 아트입니다. 예술이라고 하기에는 좀 쉽사리 받아들이기 어려우실 분들이 계시는데. 결국 그냥 아트는 아니고요. 최적화의 예술이라고 얘기할 수 있거든요. 포토레지스트에 들어가는 성분이 여러 가지고 포토레지스트를 패터닝 하는 과정에서도 우리가 컨트롤해야 되는 변수도 여러 가지고” -뭐를 컨트롤로 해야 됩니까? “포토레지스트 안에 들어가는 아까 말씀드린 고분자라고 하는 것들이 어떠한 특성을 지녀야 하는가, 크기는 얼마나 해야 되는가.” -발랐을 때 두께는 어떻게 돼야 하는가. “두께도 그렇고 두께는 뭐 10나노, 20나노 정도의 매우 얇은 두께로 가야 하고 그다음 그 안에 들어가는 성분이 여러 가지인데 성분끼리 서로 궁합이 잘 맞느냐도 따져봐야 되고. 그다음에 실제 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 진행할 때 몇 도의 온도로 가열하고 그다음 노광 시간은 어떻게 해야 되고 그다음에 현상할 때의 현상액은 어떤 걸 써야 되고 현상 시간은 얼마나 되어야 되고 너무너무 많은 변수들이 있거든요. 이러한 변수들을 다 우리가 원하는 대로 맞춰가는 것이 이렇게 그게 쉬운 일이 아닙니다.” -그렇겠네요. 그리고 말씀하신 내용 들어보니까 이거 갖고 와서 한번 써서 한번 패턴 해보면 나중에 찍어보면 나오지 않습니까? 이거 너무 거칠다든지 못 쓰겠다든지 돌려서 다시 갖고 이렇게 그 작업도 엄청나게 많이 해야 되겠네요. “레지스트 개발 업체, 레지스트 판매 업체가 개발하는 것과 더불어 실제로 그 레지스트가 적용되는 수요 기업에서도 똑같이 평가를 해서 그 특성이 확보가 되어야 하니까 이건 레지스트 개발하는 업체와 실제 수요 기업 간에 굉장히 긴밀한 협력을 필요로 하고요. 근데 뭐 수요 기업도 자기 일이 있는데 그 바쁜 상황에서 이 레지스트 개발 업체만을 전적으로 지원할 수도 없는 노릇이고 어렵습니다.” -그게 액체처럼 보이잖아요. 근데 어쨌든. “페인트입니다. 페인트.” -페인트처럼 페인트 속에 담은 그걸 어떻게 팔아요? 갤런 단위로 팝니까? “일반적으로 저도 정확하게는 실제 레지스트 업체를 안 가봐서 모르겠지만 그냥 겉에서 보이는 것은 갤런 병에, 갈색 병에 들어가 있는데 실제로 뭐 더 큰 용기로 수요 기업으로 공급될 수도 있고요. 그건 정확하게는 저도 잘 모르겠습니다.” -어딘가에 담겨서 이렇게 물통에 담겨서 주든지 줄 텐데 그것도 유통기한 같은 게 있어요? “포토레지스트도 역시 화학 물질이다 보니.” -유기물이잖아요. “유기물이죠. 시간이 지남에 따라 그 특성이 변화하고 오늘 내가 찍었을 때 50 nm 패턴이 만들어졌는데 일주일 뒤에는 60 nm 패턴이 나올 수도 있거든요. 이렇게 특성이 변화하면 결국 이러한 재료들은 오랜 시간 신뢰성 있게 적용되기 어렵고 이렇게 특성이 안 나오는 재료는 수요기업에서도 결국 반기지 않는 재료가 되지 않겠습니까.” -오랜 기간 안 쓰고 놔둬도 제 특성을 잃지 않는 게 좋아하겠네요. 기업들 입장에서는. “믿고 쓸 수 있는 재료가 되는 거죠.” -보통 한 어느 정도나 유통해야 되는지 모르죠? 저희가 뭐 소고기 사 먹으면 냉장고에 한 일주일 넣어두고 그냥 좀 지나면 버리고 이러는데. “그쪽 정확한 정보까지는 포토레지스트라는 것이 어려운 게 상세한 정보들이 기업들로부터 학교로 잘 넘어오지는 않습니다.” -아니 그런데 샘플도 좀 사실 거 아니에요? 남의 집에서. 동진이나 어디 이런 데서 학교에 좀 삽니까? 제가 가격을 좀 여쭤보고 싶어서 보통 한 1갤런에 얼마나 하나. “저도 정확한 가격은 모르겠습니다.” -알겠습니다. 지금 이제 새로운 재료를 써서 새로운 포토레지스트도 개발이 많이 이루어지고 있는 거로 알고 있는데 교수님께서 보시기에 굉장히 유명한 어떤 신재료들은 어떤 게 있죠? “EUV 리소그라피라는 것이 EUV. 조금 전에도 말씀드렸지만, 굉장히 에너지가 큰 광자를 이용하는 리소 그라피 기술이거든요. 이러한 리소그라피 기술이 처음에는 EUV만 사용할 수 있으면 우리는 무조건 작은 패턴을 잘 만들 수 있겠다는 생각을 했습니다. 처음에는 RLS Trade off라는 것이 크게 사람들이 고민을 하지 않았던 이슈였거든요.” -아까 말씀하신 해상력과 LER과 감도에 트레이드오프. “세 마리 토끼를 같이 잡는 것이 처음에는 그리 큰 문제는 아니었는데 이게 어느 순간 EUV의 기술이 본격적으로 도입되려는 시점에 와 보니 그리고 EUV의 기술을 보다 더 고차원적인 기술로 만들려다 보니 결국 RLS Trade off라는 것이 발목을 잡게 된다는 거죠. 이게 처음에는 모든 사람이 찾던 영어로 Holy Grail(성배)라고 하는 그런 거였는데 어느 순간 딱 보니까 얘가 이제 독이 든 성배가 되는 겁니다. 좋을 것 같았는데 막상 해보니 너무 어려운 게 EUV RLS Trade off라는 문제가 발생하고 이 RLS Trade off를 완화시키는 해소하는 방향으로 레지스트 개발이 진행이 되어야 되고 이러한 RLS Trade off의 해소 그리고 높은 해상력을 지니는 소재의 확보라는 측면에서 보면 무기 나노 클러스터, 즉 무기 나노 입자를 이용한 EUV 레지스트.” -무기물. “무기물을 이용한 EUV 레지스트가 아마도 대세가 되지 않을까라는 그러한 생각을 하고 있습니다.” -무기물이라는 것은 어떤 걸 얘기하는 겁니까? “주석이 대표적인데요. 주석이라는 금속. 청동 구리와 주석의 혼합물 이런 것들 많이 아실 텐데. 청동기 시대를 우리가 지나왔으니까. 근데 이 주석이라는 금속이 있는데 이 주석이 좀 특별합니다. 주석이 EUV를 잘 흡수하거든요.” -아 주석이라는 무기물이. “그래서 현재 사용되는 노광기도 결국 주석으로부터 EUV를 방출을 합니다. 주석이 EUV를 방출하기도 하고 주석이 다시 EUV를 흡수해서 레지스트로서의 역할을 할 수도 있고 그래서 주석이 많이 들어가 있는 물질로 EUV의 레지스트를 개발하려고 하구요. 요거에 이제 눈을 뜬 회사가 인프리아라고 하는 미국의 스타트업 기업이 되겠죠.” -작년에 일본 JSR이 합병을 했죠.” “맞습니다. JSR에 합병이 됐고 인프리아가 굉장히 우수한 패터닝 결과를 홍보하면서 그 저희도 이제 새삼 어우 저렇게 멋진 결과를 이미 확보했다니라고 하면서 이제 놀라게 된 거죠.” -제가 이제 읽어드리면 인프리아 홈페이지에 나와 있는 내용들이 기존의 유기물 PR과 비교해서 분자 크기가 5분의 1 수준으로 작고 또 광흡수율도 4배에서 5배 높고 그리고 식각 선태피도 10배 이상 높다. 무기물이 단단하니까 아마 그런 것 같은데. “맞습니다. 금속이라서.” -이건 뭐 회사에서 본인들 홍보자료로 오피셜하게 얘기한 거니까 말씀드렸는데. 제가 궁금한 거는 무기물이 빛을 흡수하면 얘도 그냥 날아갑니까? 어떻게 되는 겁니까? “지금 무기물 레지스트라고는 하는데 실은 완전히 무기물은 아니고요. 유기물 껍데기에 둘러싸여 있는 무기물이라고 생각하시면 되겠습니다. 그래서 일단 유기물 껍데기를 가지고 있거든요. 그러면 이런 유기물 껍데기로 인해서 페인트처럼 녹아 있을 수 있습니다. 페인트처럼 녹아 있다가 코팅이 되죠. 발라지고. 레지스트 박막이 만들어지고 그다음에 EUV를 쪼이게 되면서 EUV라는 게 이게 아까 제가 말씀드린 것처럼 굉장히 큰 에너지를 가지고 있는 광자라고 말씀드렸지 않습니까. EUV를 유기물로 쌓여 있는 주석 입자가 맞게 되면 폭발이 일어납니다. 저는 폭발이라고 얘기할 수 있는데 그러면 이 유기물 껍데기들이 다 떨어져 나가거든요. 그러면 유기물 껍데기는 떨어져 나가고 무기물 알갱이만 남아서 이 무기물 알갱이들끼리 서로 엉겨버립니다. 서로 엉긴 무기물 알갱이들은 더 이상 용해되질 않죠. 그래서 패턴을 만들게 됩니다. 그래서 유기물과 무기물이 같이 있다가 EUV에 의해 유기물은 제거되고 무기물이 남아 레지스트 패턴을 만들게 된다라고 생각할 수 있습니다.” -그게 그쪽 발표로는 좀 더 세밀하게 선을 매끈하게 그릴 수 있다라고 본인들은 발표를 하고 있죠? “맞습니다.” -발표만 들어보면 다 그걸로 써야 되지 않을까라는 생각이 드는데 또 그렇지는 않지 않습니까? “실은 이 EUV 레지스트는 결국 업계의 집적회로를 만들고 있는 삼성전자나 하이닉스 TSMC 인텔 같은 업체들의 소자 업체들에 달려 있을 텐데요. 이런 소자 업체들이 원하는 것이 굉장히 작은 선폭의 패턴을 균일하게 만드는 거다. 결함 없이 만드는 거라고 하면 결국 포토레지스트는 두껍게 갈 수가 없습니다. 우리가 만들고자 하는 패턴이 10 nm다 그러면 그 레지스트의 두께는 제가 생각하기에 20 nm 정도까지.” -발라졌을 때? “발라졌을 때.” -ArF 때는 두께가 어느 정도나 됐어요? “ArF가 아마도 한 50~60 nm 정도로 알고 있습니다.” -그러면 말씀하신 대로 그 정도 줄이려면 한 3분의 1, 4분의 1 수준으로 더 줄여야 된다라는 얘기인 거죠? “두께가 얇아지지 않으면 포토레지스트 패턴들이 다 무너져 내리거든요. 현상액이 가지는 표면 양력이 있고요. 솔벤트(Solvent, 용제)가 현상액이 마른, 결국 용액이 건조가 돼야 되지 않습니까? 건조가 되는 와중에 표면 장력 때문에 포토레지스트 패턴들이 다 무너집니다. 고층 빌딩들이 다 무너진다고 생각하시면 돼요. 그러면 이렇게 무너지는 패턴은 결함이고 집적 회로가 다 불량 날 텐데 쓸 수가 없죠. 그러면 안 무너지게 하려면 얇아야 됩니다.” -얇게 발라줘야 되는 재료여야 된다. “근데 얇게 발라지면서 레지스트의 특성이 살아 있어야 되지 않습니까 제일 중요한 특성 식각에 견디는 특성이죠. 식각성이라고 하는 에치 리지스턴스라는 이런 특성이 확보가 되지 않으면 쓸 수가 없는데 유기물로는 그렇게 얇게 만들었을 때 식각 특성을 확보하기가 어렵죠.” -그런데 무기물은 단단하니까. “무기물은 금속이 있기 때문에 아무래도 식각에 견디는 특성이 좋은 겁니다.” -작년인가 재작년인가요. 제가 정확한 시기는 기억나지 않지만, 장비 업체 중에 램리서치라는 회사가 드라이 레지스트라는 기술 구체적으로 어떤 걸 의미하는 건지는 얘기는 안 했고 이런 게 있다라고 발표해서 사람들이 관심이 좀 많이 몰렸었는데. 그거는 어떤 아이디어에 착안해서 만드는 공정입니까? “램리서치라는 회사가, 먼저 램리서치라는 회사를 한번 좀 볼 필요가 있는데 램 리서치가 에칭 기술이 굉장히 뛰어난 회사입니다. 그러다 보니 이 에칭 기술을 이용해서 포토리소그래피(Photolithography)를 진행할 수 없을까 고민을 많이 한 것 같고요. 결국 이 에칭 기술과 CVD 기술을 결합시킨 기술로 레지스트 패턴을 만드는 기술을 개발한 겁니다. 재작년입니다. 벌써 2년 전 SPIE Advanced Lithography라는 학회에서 램리서치의 발표를 보았는데 인프리아의 기술과 어떻게 보면 맥락이 같습니다. 인프리아는 아까 말씀드린 유기물로 둘러싸인 무기물을 페인트칠하듯이 코팅한 것이고 램리서치는 코팅을 하되 기체상으로, 즉 CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학기상증착법)이라고 하는 기법으로 코팅을 하는 것이고. 그래서 코팅하는데 용액으로 코팅하든 CVD로 코팅하든 똑같이 박막을 잘 만들 수 있으면 문제가 없는 거죠. 그래서 램리서치에서 발표한 박막도 결국은 무기물인데 그 안에는 유기물이 많이 들어가 있는 이런 박막을 만드는 거고요. 그리고 이제 그 박막에다 EUV를 쪼이게 되면 EUV 광자의 큰 에너지가 폭발을 일으켜서 유기물들은 다 쫓아내고 무기물만 남겨서 무기물들이 서로 엉기는 겁니다. 이런 무기물들이 엉기게 되면 또 식각에 저항하는 성질이 좋아지거든요. 그러면 유기물이 그대로 남아 있는 두 영역과 유기물이 다 날아가서 무기물만 남은 영역. 이 둘의 특징은 에칭 저항성의 차이가 크게 되고 그다음에 이제 램리서치의 주특기인 에칭 기술을 이용해서 EUV가 남은, EUV가 쪼여져 있는 입자가 엉겨 있는 부분만 딱 남겨놓는 거죠. 이게 바로 현상 액체 코팅할 때 용액이 사용되지 않는다. 모두 메마른 건조한 상태에서 진행된다고 해서 이제 드라이 리소그라피, 드라이 레지스트라고 이제 얘기를 하게 됩니다.” -그렇게 했을 때 만약에 된다고 했을 때 가질 수 있는 특징 장점은 뭐가 있습니까? “그 기술이 잘 활용이 되면 가장 쉽게 생각할 수 있는 것은 일단 용액을 활용하지 않기 때문에 솔벤트가 없지 않습니까? 환경에 대한 영향이 좀 좋은 영향을 가질 수 있죠. 솔벤트, 현상액 다 처리하려면 돈이 드는데 기체 상태니 그런 것들이 필요 없고요. 그다음에 어떻게 보면 제가 생각하기에 가장 중요한 특징은 현상 과정에서 액체가 사용되지 않기 때문에 표면 장력에 의한 문제가 발생하지 않습니다. 조금 어려울 수 있는데 실은 모든 포토리소그래피 기술이 현재 액상에서 액체로 진행이 되고 결국 액체는 공정이 지난 다음에는 다 건조되어야 되거든요. 말라야 됩니다. 근데 건조되는 과정에서 표면 장력 때문에 포토레지스트 패턴들이 다 무너져 내립니다. 이걸 생각하면 빌딩과 빌딩 사이에 물이 채워져 있다가 물이 날아가면서 물의 표면 장력에 의해서 건물들이 서로 들러 붙어버리는 거죠. 이러한 현상이 용액을 쓰면 액체를 쓰면 어쩔 수 없이 발생을 합니다. 인프리아 같은 경우에는 무기물이기 때문에 조금 더 이러한 패턴이 무너져 내리는 데 저항하는 특성은 있지만 그렇다고 완전히 없진 않거든요. 근데 용액을 액체를 완전히 제거해버리면 표면 장력 자체가 없으니 패턴이 무너지는 현상은 최대한 억제할 수 있습니다.” -그래서 건식 공정이어서 가지는 장점이 그렇게 있군요. “그러한 특성이 장점이 있을 수 있고요.” -근데 좀 보시기에 그 좀 어려울 것 같은 데라고 생각하는 부분들은 있습니까? “제가 보기에는 일단 균일한 박막을, CVD 박막을 올리는데 그 CVD 박막이 정말로 인프리아 재료만큼이나 균일하게 박막이 만들어질 거냐. 박막을 만들었다고 하더라도 그 안을 들여다봤을 때 무기물이 뭉쳐져 있는 부분 유기물이 뭉쳐져 있는 부분 이런 것들이 없이 균일하게 만들어질 거냐. 이게 박막을 만드는 단계에서 균일하지 않다면 결국은 LER이라고 하는 패턴이 매끈하게 빠진 LER 작은 패턴이 만들어지기는 어려울 것 같거든요.” -교수님이 연구실에서 연구하고 있는 과제도 있지 않습니까? “네. 저도 EUV 레지스트를 주력 과제로 연구하고 있습니다.” -어디서 지원을 받으신 겁니까? “네. 저는 저희는 삼성전자에서 출현한 삼성전자 미래기술 육성센터라는 재단의 지원을 받고 있고요. 공익 성격에, 공익 지원 형태의 공익 과제라고 해야 되나 이러한 형태의 과제 지원으로 연구를 하고 있습니다.” -어떤 내용입니까? “저희는 불소라는 좀 익숙하지는 않지만, 여러분들이 매일 양치할 때 쓰시는 치약에 들어가 있는 불소를 이용해서 EUV의 감광제를 포토레지스트를 만들려고 하는데요.” -불소가 또 반응을 하나 보죠? “네. 이 불소라는 게 좀 특이한 녀석이라 불소가 EUV를 좀 잘 흡수하는 특성을 지니고 있습니다. 그래서 불소를 이용해서 EUV 레지스트를 만들게 되면 EUV를 많이 흡수하고 흡수하면서 또 화학 변화를 일으키고 화학 변화에 의해서 레지스트 패턴도 만들 수 있고 자세히 화학적으로 말씀드리기는 좀 어렵지만 실제로 불소를 넣어서 패턴을 만들어본 결과. 저희가 생각했던 것보다 잘 만들어져서 저희도 놀라고 있습니다.” -그거 연구 몇 년 차예요? “지금 한 3~4년 정도 진행을 했습니다.” -지금 몇 년 과제입니까? “총 6년 과제입니다.” -반 이상하신 거네요. “맞습니다.” -교수님 오늘 말씀 고맙습니다. “네. 고맙습니다.”