아주대 연구팀, 차세대 반도체 공정을 위한 하이브리드 新소재 개발

EUV 노광량 23% 감소 성공
아주대-삼성전자, '하이브리드 포토레지스트' 개발

아주대-삼성전자 연구팀. 왼쪽부터 백석현 대학원생(지능형반도체공학과 석박사통합과정 / 제1저자), 최준규 박사(정보통신전자연구소 / 교신저자), 이승현 학생(지능형반도체공학과 4학년 / 제1저자), 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과 / 교신저자), 이정훈 PL(삼성전자 DS부문 메모리소재기술팀 / 교신저자), 이홍준 박사(삼성전자 DS부문 메모리소재기술팀 / 제1저자), 윤진구 박사(삼성전자 DS부문 메모리소재기술팀 / 공동저자) /사진제공=아주대학교

차세대 초미세 반도체 제조의 핵심인 극자외선(EUV) 공정에서 생산 효율성을 크게 높이고 제조 비용을 절감할 수 있는 새로운 포토레지스트 소재 기술이 국내 연구진과 산업계의 협력으로 개발됐다. 

기존 생산 라인에 즉시 적용 가능한 유·무기 혼합형 소재라는 점에서 반도체 국산화 및 소재 경쟁력 강화에 기여할지 주목된다.

아주대학교 박성준 교수 연구팀과 삼성전자 DS부문 메모리소재기술팀은 기존 유기 포토레지스트에 주석(Sn) 성분을 결합한 '하이브리드 포토레지스트(HPR)'를 개발하고 실제 12인치 웨이퍼 기반 EUV 공정에서 성능 검증을 마쳤다고 2일 밝혔다. 

이번 연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 게재됐다.

반도체 회로가 수 나노미터 단위로 미세화되면서 빛에 반응하는 감광액인 포토레지스트의 성능은 공정 수율을 좌우하는 핵심 변수로 떠올랐다. 기존 화학증폭형 유기 소재는 박막 상태에서 EUV 광자 흡수율이 떨어져 많은 노광량이 요구됐고, 식각 공정 시 패턴이 쉽게 손상되는 한계가 있었다. 반면 금속산화물 기반 무기 소재는 식각 내성은 우수하나 장기 보관성 및 기존 공정과의 호환성 문제가 걸림돌로 작용해 왔다.

연구진은 두 소재의 장점을 결합해 주석 전구체를 유기 용액에 혼합하는 방식을 도입했다. EUV 조사 시 주석과 유기물 간 배위결합이 강화되면서 구조적 안정성이 높아져, 기존 유기 소재 대비 EUV 노광량을 패턴 간격에 따라 16%에서 최대 23%까지 줄이는 데 성공했다.

기술 전문가들은 이번 성과가 고가의 EUV 장비 가동 시간을 단축해 반도체 제조 단가를 대폭 낮출 수 있다는 점에 주목한다. 별도의 설비 투자 없이 기존 용액 공정을 그대로 활용할 수 있어 상용화 문턱을 대폭 낮췄다는 평가다.

다만 연구실 수준의 성과를 넘어 실제 양산 라인에 대량 적용하기 위해서는 장기 보관 안정성 확보와 대량 생산 시의 품질 균일성 검증이 추가 과제로 꼽힌다.

박성준 아주대 교수는 "산학 연구를 통해 차세대 EUV 감광제 소재의 실질적인 공정 적용 가능성을 입증했다"며 "국내 반도체 소재의 기술 자립도 제고와 생산 효율성 확보에 기여할 것"이라고 전했다.

/김영래 기자 yrk@incheonilbo.com