8. EUV 개발 역사 (8) - 포토레지스트 개발

 

이전 포스팅에서 다층 고반사 박막을 알아보았고, 이번 포스팅에서는 EUV를 비롯 포토리소그래피에서 가장 중요한 파트 중 하나를 맡고 있는 포토레지스트, 즉 EUV 포토레지스트에 대해 간략히 소개하고자 합니다. EUV 포토레지스트의 개발은 수십 년 동안 진행되어 온 길고 긴 여정입니다. 고해상도 반도체 장치에 대한 요구는 EUV 리소그래피의 개발을 주도했으며, 이는 EUV 빛에 민감한 특수 레지스트 개발을 필요로 했습니다. 이러한 레지스트는 날이 갈수록 점점 더 작아지고 복잡해지는 반도체 장치에 복잡한 패턴을 생성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이번 포스팅에서 반도체 제조의 리소그래피 공정 중에 EUV 빛에 적절하게 반응하는 포토폴리머 또는 레지스트의 개발의 주요 이정표, 성과, 과제 및 향후 전망을 포괄적으로 살펴봅시다!

 

 

 

1989년에 SNL(Sandia National Laboratories)은 Sof X-Ray 레지스트 재료 후보를 연구하기 시작했습니다. 이러한 레지스트 재료는 본질적으로 특정 파장의 빛에 노출되면 용해도가 변하는 폴리머입니다.  레지스트의 노광 감도는 용해도 변화를 유발하는 데 필요한 에너지(광 노출 측면에서)를 나타내는 반면 대비는 레지스트의 노출된 영역과 노출되지 않은 영역 간의 용해도 차이를 나타냅니다. 이러한 특성은 레지스트에 미세한 패턴을 생성하는 능력에 직접적인 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다.이 연구에서 약 100 eV인 실리콘 L2,3 흡수 가장자리에 가까운 광자 에너지에서 폴리실란 레지스트를 노출시켰습니다. 광자 에너지는 빛이 레지스트를 투과할 수 있는 깊이를 결정하기 때문에 중요한 역할을 합니다. 빛이 더 깊이 침투할수록 고해상도 패턴을 만드는 데 더 좋습니다. 이후 폴리실란 측쇄에 따라 이러한 레지스트의 감도가 600-3000mJ/cm² 사이에서 변하고 0.5~1.4 범위임을 발견했습니다. 이 수치는 soft-X-Ray 레지스트 재료의 성능에 대한 초기 벤치마크를 제공했기 때문에 중요했습니다.

 

1년 후인 1990년에 T&T의 연구진은 다양한 노출 파장에서 널리 사용되는 전자빔 레지스트인 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 성능을 연구했습니다. 이때 재료가 얼마나 많은 빛을 흡수할 수 있는지 측정하는 PMMA의 흡수 계수가 리소그래피 감도와 노출에 독립적인 흡수 계수에 영향을 미친다는 것을 알아냈습니다. 결국 시뮬레이션과 실험을 통해 14nm에서 PMMA의 낮은 흡수 계수가 최소 기능의 품질을 훨씬 더 향상시킨다는 결론을 내렸습니다. 이는 주목할 만한 발견으로, 레지스트 재료의 흡수 계수가 성능을 결정하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다.

 

1993년 AT&T는 유기실란 단일층 필름을 사용하여 표면 이미징 레지스트 공정을 사용하여 레지스트 흡수 문제를 해결하려고 시도했습니다. 필름을 Soft X-Ray 방사선에 노출시킨 후 에틸렌디아민의 리튬염(LiEDA) 그래프팅 화학을 사용하여 선택적으로 금속화하고 마지막으로 니켈 도금했습니다. 표면 이미징 프로세스는 빛에 노출될 때 레지스트 표면에서 발생하는 반응을 이용하여 흡수 문제를 극복하려고 시도했습니다. 이를 통해 50-mJ/cm²의 노출량에서 0.25μm 이하의 해상도를 달성했음에도 불구하고 인쇄된 형상이 지나치게 거칠어 공정을 더 개선할 필요가 있음을 나타냅니다.(하지만 이 접근 방식은 고해상도 결과로 이어졌지만 최적화되지 않은 Ni 도금 프로세스로 인해 실패..)

 

 

1994년 세 가지 다른 노출 파장에서 PMMA 및 네거티브 톤 AZ PN114에서 레지스트 프린팅 실험이 있었습니다. 이 연구는 높은 레지스트 흡수가 만족스러운 측벽 프로파일을 달성하는 데 핵심이며, 이는 임계 치수 제어에 영향을 미치기 때문에 리소그래피 프로세스에 중요하다는 점을 강조되죠. 이후 연구를 통해 노광의 파장이 6.8nm와 13.9nm 사이의 조명 파장이 유리할 것이라고 결과를 도출했습니다. 이 파장 범위의 선택은 빛의 침투 깊이, 즉 리소그래피 공정에서 달성할 수 있는 피처 크기에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중요합니다.

 

 

1996년 SNL은 삼중층 레지스트, 이중층 레지스트, 플라즈마 증착 유기 금속 레지스트 및 실릴화된 레지스트의 성능을 측정했습니다. 이러한 레지스트 방식은 다양한 레지스트 층을 사용하여 내식각성을 향상시키는 것부터 레지스트에 무기 재료를 통합하는 것까지 레지스트의 성능을 개선하기 위한 다양한 접근 방식을 제공했습니다. 그럼에도 불구하고 1996년까지 후보 레지스트 방식 중 어떤 것도 40nm보다 나은 해상도, sidewall angle > 88도, ±5%와 10% 사이의 선형성, 라인 에지 러프(LER) 및 5nm 이하의 CD 제어를 포함하는 첫 번째 파일럿 생산 노출 도구에 대한 모든 요구 사항을 충족할 수 없었습니다. (감도 < 5mJ/cm²) 높은 정밀도, 높은 종횡비 구조 및 낮은 에너지 입력으로 이러한 구조를 생성할 수 있는 능력을 요구됬는..참 어렵습니다. EUV 레지스트 개발에서 수십 년간의 발전에도 불구하고 모든 엄격한 요구 사항을 충족할 수 있는 레지스트에 대한 검색은 계속 진행 중입니다. 지난 십수년 동안 이루어진 발전에도 불구하고 EUVL 파일럿 생산 도구의 해상도, LER 및 감도 요구 사항을 동시에 충족할 수 있는 EUV 레지스트의 가용성은 계속해서 가장 중요한 문제로 남아 있습니다. PS...동진쎄미켐 화이팅...