불소화 리간드를 주석산화물에 도입함으로써 주석과 대기 중 분자 간 반응성이 감소하고, 화학적 직교성 확보에 따라 적층 박막 구조 구현이 가능해져 레지스트 감도가 향상되는 핵심 특성. (사진=인하대 제공) *재판매 및 DB 금지
[인천=뉴시스] 전예준 기자 = 인하대학교는 전자소재연구소 소속 구예진 박사와 고분자공학과 재료합성연구실 공동 연구팀이 반도체 제조 공정에서 차세대 포토레지스트 소재가 갖는 신뢰성 문제와 성능 한계를 넘어서기 위한 전략을 제시해 학계 주목을 받고 있다고 29일 밝혔다.
포토레지스트는 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액의 일종으로, 반도체 회로를 정확하게 구현하는 데 핵심적인 소재로 꼽힌다. 최근엔 기존 유기물 포토레지스트보다 더 정밀한 회로 구현이 가능한 주석 나노클러스터에 기반한 포토레지스트가 주목받고 있다. 하지만 이 소재는 회로 품질과 공정 안정성이 떨어지는 한계를 안고 있다.
구 박사는 불안정성의 원인이 주석이 지닌 특정한 화학적 성질인 루이스 산성(Lewis acidity)에 있다는 점에 주목했다. 그는 대기중 수분과 쉽게 반응하는 특성으로 이를 불소 원자를 활용해 완화시키는 전략을 제시하고, 소재 합성 및 리소그래피 실험을 통해 포토레지스트의 안정성과 공정 신뢰성을 높일 수 있음을 입증했다.
공동연구팀이 불소 원자를 도입해 합성한 주석산화물 포토레지스트는 10나노미터(㎚)급의 뛰어난 패터닝 해상도를 보였고, 대기 노출에 따른 신뢰성 문제도 발생하지 않는 등 우수한 공정 안정성도 확인됐다.
또 주석산화물 포토레지스트를 두 겹으로 쌓은 구조를 구현한 결과, 극자외선(EUV) 공정에서 더 작은 광량으로도 회로를 형성할 수 있어 공정 효율을 크게 높일 수 있음이 입증됐다.
이번 연구 성과는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원 아래 삼성전자 반도체연구소와의 협업을 통해 이뤄졌다. 최근 재료과학 분야 국제 학술지인 Advanced Functional Materials에도 게재됐다.
아이오딘이 다량 포함한 CT 조영제 기반 방사선 증감제를 상용 EUV 포토레지스트에 적용해 감도와 패턴 품질이 동시에 향상됨을 입증. (사진=인하대 제공) *재판매 및 DB 금지
구예진 박사는 화학증폭형 포토레지스트(CAR)에 대한 연구도 진행하며, EUV 리소그래피 공정의 생산성을 높일 수 있는 새로운 접근법도 제시했다.
구 박사는 노광 공정에 사용되는 빛의 양을 늘리는 대신 빛을 잘 흡수하는 원소를 프로레지스트에 포함시키는 방법을 제안했다. 노광 과정에서 흡수되지 못하고 손실되는 빛을 줄여, 공정 효율은 유지하면서도 회로 형성의 밑그림이 되는 포토래지스트 패턴의 품질을 높이기 위한 전략이다.
실험 결과, 아이오딘이 화학증폭형 포토레지스트의 작동 효율을 높이는 데 효과적인 원소라는 것을 확인했다. 해당 결과를 바탕으로 아이오딘을 다량 포함한 CT 조영제 기반 방사선 증감제를 합성하고, 이를 상용 EUV 포토레지스트에 적용해 EUV 공정의 감도와 패턴 품질이 모두 향상되는 효과를 입증했다.
이 성과는 동진쎄미켐 전자재료사업부와의 공동연구를 통해 이뤄졌고, 최근 재료 연구 분야 국제 학술지인 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재됐다.
구예진 인하대학교 전자소재연구소 박사는 "기업과 긴밀한 협력을 바탕으로 첨단 반도체 기술과 관련한 문제 해결 방안을 제안할 수 있었던 점이 뜻깊었다"며 "국내 반도체 기술의 경쟁력 향상에 기여하는 연구를 이어가겠다"고 포부를 밝혔다.
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