열기반 건식 현상 포토레지스트 기술을 개발한 GIST 화학과 홍석원 교수(왼쪽부터), 김도원 박사과정생, 변진환 박사, 안재붕 석사. GIST 제공

국내 독자 기술을 활용해 기존 반도체 제조 공정의 한계를 극복하고 친환경적이면서도 효율을 높인 차세대 반도체 제조 공정 기술이 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 화학과 홍석원 교수 연구팀이 포항가속기연구소(PAL) 황찬국 박사 연구팀과 공동연구를 통해 반도체 나노 미세 집적회로 제작을 위한 극자외선(EUV) 반응 포토레지스트를 개발하고, PAL 10D 빔라인의 EUV를 이용해 나노 패턴을 구현해 친환경 열기반 건식공정법을 개발했다고 17일 밝혔다.

극자외선(EUV) 리소그래피는 13.5나노미터 파장의 빛으로 실리콘 웨이퍼에 머리카락보다 훨씬 미세한 회로 패턴을 새겨 넣어 차세대 전자기기의 성능 향상에 핵심적인 역할을 하는 최첨단 반도체 제조 기술이다.

회로 패턴이 점점 미세해짐에 따라 기존 습식 공정법으로는 극자외선 포토레지스트의 미세 패턴이 액체 화학물질의 표면 장력 때문에 무너지거나 품질 문제로 이어졌다.

또 전용 장비가 필요하고 비용이 많이 들 뿐만 아니라 유해 화학 물질 사용으로 인한 환경 문제도 안고 있어 새로운 기술인 건식 공정법이 나왔다.

건식 공정법은 리소그래피 공정에서 유해 물질인 솔벤트의 사용을 줄여 패턴 붕괴를 막고, 보다 높은 해상도의 패턴을 구현할 수 있어 차세대 기술로 주목받고 있다.

연구팀은 자체 개발한 포토레지스트를 활용해 100 mJ/cm2 이하의 노광량에서도 충분히 반응해 더 이상 추가적인 변화가 없는 상태에 도달하는 극자외선 감도를 지닌 물질을 합성했다. 여기에 최적화된 열기반 건식 공정법을 통해 초미세(80nm) 수준의 나노 패턴을 구현하는 데 성공해 국제 특허 2건을 출원했다.

홍석원 교수는 “이번 연구 성과는 국내 독자 기술을 활용하여 간단한 열처리 공정만으로 고해상도 EUV 패터닝을 구현했으며, 이를 통해 혁신적인 친환경 열 기반 건식 포토레지스트를 개발했다는 점에서 큰 의의가 있다”면서 “이러한 건식 포토레지스트 공정은 기존 공정에 비해 원자재 사용량을 줄이고 친환경 공정법을 적용함으로써 지속 가능성을 높이며, EUV 리소그래피의 해상도, 생산성, 수율 개선에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

홍 교수가 지도하고 포항가속기연구소 황찬국 박사가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는 GIST 김도원 박사과정생, 변진환 박사, 안재붕 석사가 공동 제1저자로 수행했으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Small’에 지난달 23일 온라인 게재됐다.