아주대학교가 삼성전자와 차세대 반도체 초미세 공정의 생산성을 크게 높일 수 있는 '하이브리드 포토레지스트'(HPR) 신소재를 개발했다고 2일 밝혔다.
아주대에 따르면 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과) 연구팀과 삼성전자 DS부문 메모리소재기술팀은 유기 포토레지스트(PR)에 주석(Sn) 전구체를 혼합한 HPR을 공동 개발했다. 기존 공정에 즉시 호환되며 제조 원가를 대폭 낮출 수 있어 국내 반도체 소재 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.
극자외선(EUV) 노광 기술은 반도체 웨이퍼에 초미세 회로를 그리는 필수 공정이다. 기존 공정에 쓰이는 유기 PR은 두께가 얇아 빛 흡수율이 낮고 식각 과정에서 쉽게 손상되는 한계가 뚜렷했다. 반면 금속산화물 기반 무기 PR은 흡수율과 식각 내성은 강하지만 장기 보관성과 기존 제조 설비와의 호환성이 떨어진다.
연구팀은 두 소재의 강점을 융합해 기존 유기 PR 용액에 주석을 섞는 간단한 공정으로 HPR을 구현했다. 주석 성분이 EUV 빛을 받으면 유기 PR과의 결합이 강화되면서 단단한 구조를 형성한다. 이는 현상 과정에서 패턴이 붕괴되는 것을 막고, 식각 공정 시 손상을 최소화한다. 별도의 복잡한 합성 설비 없이 기존 용액 기반 공정을 그대로 활용할 수 있는 것이 강점이다.
이번 성과는 삼성전자의 양산용 12인치 웨이퍼 기반 EUV 공정 환경에서 소재 성능을 직접 검증했다. 최적화된 HPR은 기존 유기 PR과 동일한 크기의 패턴을 구현하면서도 EUV 노광량을 최대 23% 줄이는 데 성공했다. 노광량이 줄면 고가의 EUV 장비 체류 시간이 단축돼 전체 공정 시간과 제조 비용을 획기적으로 낮출 수 있다.
해당 연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal)에 게재됐다. 아주대 이승현·백석현 학생과 삼성전자 이홍준 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 최준규 박사·이정훈 PL·박성준 교수가 교신저자를 맡았다.
박 교수는 "삼성전자와의 공동연구로 차세대 EUV 포토레지스트 소재의 실제 공정 적용 가능성을 확인했다"면서 "향후 반도체 산업이 요구하는 생산성 향상과 소재 경쟁력 확보에 기여할 것"이라고 말했다.