차세대 반도체 노광 공정용 포토레지스트 개발 기반 마련

UNIST 연구진이 차세대 극자외선(EUV) 노광 공정에 사용되는 주석계 포토레지스트의 감도와 패턴 정밀도를 원하는 특성에 맞게 조절할 수 있는 설계 기술을 개발했다.

UNIST 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀은 주석 산화클러스터(Tin Oxo Cluster, SnOC)의 리간드 특성을 조절해 포토레지스트의 감도와 패턴 정밀도를 제어하는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

포토레지스트는 반도체 노광 공정에서 빛이나 전자빔에 반응해 회로 패턴을 형성하는 감광 재료다. 특히 주석계 포토레지스트는 EUV 흡수율이 높고 식각 저항성이 우수해 차세대 반도체 공정용 소재로 주목받고 있다.

연구팀은 전자를 제공하는 특성을 가진 아다만탄-1-카르복실산과 전자를 끌어당기는 디페닐포스핀산을 각각 리간드로 적용해 주석 원자의 결합 구조를 변화시켰다.

그 결과 아다만탄-1-카르복실산을 적용한 ‘6-SnOC’는 주석 원자 6개가 결합한 구조를 형성하며 높은 감도를 나타냈다. 적은 전자빔 노출량으로도 폭 20나노미터(nm) 수준의 미세 패턴 구현이 가능했다.

반면 디페닐포스핀산을 적용한 ‘3-SnOC’는 주석 원자 3개가 결합한 구조를 형성했고, 감도는 상대적으로 낮지만 패턴 가장자리가 더욱 균일한 것으로 나타났다. 폭 50nm 패턴에서 선 가장자리 거칠기(Line Edge Roughness)는 1.02nm를 기록했다.

연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산과 전자빔 노광 분석을 통해 리간드의 전자적 특성이 감광 반응 경로를 결정한다는 사실을 규명했다.

연구 결과 고감도가 필요한 공정에는 6-SnOC 계열을, 패턴 정밀성이 중요한 공정에는 3-SnOC 계열을 적용할 수 있는 가능성을 확인했다.

장지현 교수는 “이번 연구는 리간드의 특성이 감도와 패턴 정밀도를 결정하는 핵심 요소임을 규명한 것”이라며 “차세대 EUV 포토레지스트 설계를 위한 새로운 기준이 될 수 있을 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF), UNIST 연구기금, 정보통신기획평가원(IITP) InnoCORE 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 Small에 게재됐다.