Technology Brief - Technology Brief 01
반도체 포토리지스트 기술
송세안 동진쎄미켐 상무
실리콘으로 대표되는 반도체 소자를 만드는 필수공정으로 미세회로 패턴제작 공정이 있으며, 이 미세패턴을 제작하는데 필수적인 재료가 포토리지스트(Photoresist)이다.
감광성 고분자는 포토리지스트로 사용되며, 광(빛) 조사에 의하여 짧은 시간에 분자구조의 화학적 변화가 일어나 특성용제에 대한 용해도 변화, 착색, 경화 등의 물성이 변하는 고분자조성물계를 말한다.
감광성 고분자는 광미세가공으로 반도체, LCD, LED, OLED 제조에 사용되고, 광경화를 통해 광경화 수지와 광경화 접착제로도 사용된다.
반도체 광미세가공기술(Photolithography)는 1980년대 초에 고압수은램프의 특성파장인 G-Line(436nm) 자외선의 축소투영 노광장치(Projection Stepper) 도입으로 1마이크로미터(㎛) 해상도를 처음 실현하였고, I-Line(365nm) 노광기술로 0.5㎛ 이하 해상도를 돌파하였으며, 이후 KrF(248nm) 및 ArF(194nm) 엑시머레이저 노광기술로 0.2㎛ 이하 해상도를 달성하여 1기가비트(Gb) 이상의 메모리 반도체 생산이 가능하게 되었다.
고해상도 실현을 위해 점점 짧아지는 광원에 대응하여 각 파장에 적합하도록 포토리지스트 고분자도 노볼락(G-Line, I-Line), 스타이렌계(KrF), 그리고 아크릴계(ArF)로 개발되어 왔다.
포토리지스트는 포지티브와 네가티브로 분류되는데, 이는 노광된 부분이 현상액에 녹으면 포지티브, 노광이 안된부분이 녹으면 네가티브이다.
대표적인 포지티브 포토리지스트는 G-, I-Line 노광공정에 사용되는 노볼락(Novolac)계로, 노볼락 레진과 PAC[Photo Active Compound; DNQ(diazonaphtoquinone)와 Ballast로 구성]의 혼합물이다.
노볼락 레진의 용해억제제로서 작용하는 알칼리 불용성 DNQ가 노광된 부분에서 광반응과 현상액의 접촉으로 카르복실산으로 변하게 되어 용해촉진제로 작용하여, 반도체 제조공정의 표준적 알칼리 현상액인 2.38% TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide) 용액에 노볼락 레진과 같이 녹아나서 포지티브 미세패턴이 얻어진다.
이노볼락 재료와 공정은 TFT-LCD 제조에도 이용된다.
고출력 고해상도 엑시머 레이저 노광기가 출현하기 이전인 1980년대 초에 화학증폭(Chemical Amplification) 개념이 IBM(San Jose)에 의해 도입이 되었고, 이후 이에 관한 수많은 경쟁적 연구가 진행되어 포토리지스트의 감도가 비약적으로 향상되었다.
화학증폭이란 광자 1개의 작용으로 생성된 활성종이 연쇄적 화학반응을 일으켜 결과적으로 양자수율이 대폭적으로 증폭되는 현상을 말한다.
화학증폭성 포토리지스트에서는 광산발생제인 PAG (Photo Aacid Generator)와 산 반응성 고분자 또는 화합물이 주요성분으로 작용한다.
KrF 노광을 위한 DUV(deep ultraviolet) 리지스트는 polyhydroxystyrene계 고분자에 PAG를 함께 사용하여 감도와 용해도를 조절한다.
ArF 노광용 DUV 리지스트 제조에는 Acrylic계 고분자와 PAG, 그리고 첨가제가 사용된다.
반도체 포토리지스트 산업은 대부분 해외업체(미국: Dow, AZEM, 일본: JSR, Shin-Etsu, TOK)가 주도하고 있으며, 이들 제품의 한국내 시장점유율은 50% 이상에 이르고 있다.
동진쎄미켐은 지난 2000년초 반도체 포토리지스트 시장에 진출하여 KrF용과 ArF용을 국산화하였으며, 근래에 이르러 세계 4번째로 30nm급 ArF Immersion용 포토리지스트를 개발하였으며, 더나아가 ArF Immersion 이후 차세대 노광기술인 극자외선 노광원(13.4nm)용 포토리지스트를 개발하여 차세대 반도체 핵심 공정재료를 공급할 전망이다.