반도체 공정용 화학제품(Chemical)

반도체 공정용 화학제품 종류

1. Photoresist(PR, 감광액)

웨이퍼 상에 패터닝을 하기위해 필수적으로 사용되는 소재. PR은 빛(UV, Light)에 대한 반응에 따라 노광되지 않은 영역을 남기는 Positive PR과 노광된 영역만 남기는 Negative PR로 나뉜다.

Negative PR은 단단하고 저가이지만 현장액이 PR에 스며들어 PR이 부풀어 오르는 팽윤 현상으로 해상도에 문제가 생겨 미세패터일에서는 Positive PR을 주로 사용한다.

출처 : https://blog.naver.com/youngdisplay/60210393746

PR 종류는 KrF(불화크립톤), ArF(불화아르곤), EUV(극자외선)으로 나뉘는데 니는 KrF, ArF, EUV관원에 반응하는 소재라는 뜻. PR시장(원재료 포함)은 JSR, TOK, Shinetsu, Sumitomo Chemical 등 일본업체들이 90% 정도 점유율을 차지하고 있다. 국내에선 동진쎄미켐이 KrF PR 국내 시장에서 큰 점유율을 가지고 있으며 ArF, EUV PR 시장에도 진출하려는 모습을 보이고 있다. 원재료는 일본 미쓰비시 화학계열사인 료요 트레이딩(Ryoyo Trading)에서 구매하여 실적이 엔화의 영향을 받는다.

 

 

2. Developer(현상액)

PR에 특정 파장대의 빛을 쬐어주면 화학적 성질이 변한다. 이 때 노출된 부위에서 용해도 차이가 발생해 현상액(Developer) 물질에 특정 부분만 녹아내림. 현상액은 주로 KOH(수산화칼륨), TMAH(테트라메틸수산화암모늄) 등 수용성 알칼리 용액을 사용합니다.

 

3. Etchant(식각액)

식각 방법엔 용액(Chemical)을 사용하는 Wet Etching, 가스 및 플라즈마를 사용하는 Dry Etching이 있는데 Etchant(식각액)는 Wet Etching 공정에서 사용된다. 주로 ACID 계열 용액을 섞은 화합물을 사용하고 화합물 제조 시 첨가제가 들어가는 보통 첨가제 성분은 영업비밀이다.

Etchant는 크게 불산계, 인산계로 나뉜다. 대표적인 불산계 Etchant는 HF(불산), BOE(Buffer Oxide Etchant)는 주로 Oxide 박막 식각에 사용된다. 인산계 Etchant는 Nitride 박막 식각에 사용되니다.

최근에는 3D-NAND 공정에서 Nitride 박막만 선택적으로 식각하는 HSN(High Selectivity Nitride), 즉 고선택비 인산액을 사용합니다. 이외에도 식각하는 물질에 따라 아세트산, 초산, 질산, 황산 등을 배합하기도 합니다.

 

 

4. Stripper(박리액)

Stripper(박리액)이라 불리는 약품은 식각 공정 이후 남아있는 PR을 제거하기 위해 사용된다. 주로 신너 등 유기용제들이 박리액으로 사용된다.

 

 

EUV Photoresist

반도체 공정용 Chemical 분야에선 EU PR이 주목받고 있다. RUV PR은 대부분 일본 업체에서 생산되고 있으며 삼성전자 EUV PR 메인공급사도 TOK(메모리), 신에츠(로직). 최근 동진쎄미켐이 EUV PR 공급사 3순위로 포함되긴 했으나 아직 개발 중이므로 시간이 다소 걸릴 듯.

 

 

현재 사용되는 EUV PR은 유기물 기반 제품인데 미국 인프리아는 주석(Tin) 기반 무기물 PR을 생산 중. 무기 PR은 유기 PR의 단점을 극복할 수 있어 여러 회사들이 인프리아에 투자 중. 2014년 삼성전자 벤처투자는 인텔, AMAT과 함께 인프리아에 투자했다. 2017년 삼성은 인프리아 지분에 추가 투자했으며, 일본 JSR 및 TOK 또한 투자를 단행했다. AMAT는 무기 PR을 웨이퍼 위에 바르는 Coater 설비를, TOK는 무기 PR용 현상액(Developer)를 개발 중이다.

Inpria 투자자 목록

인프리아는 무기 PR이 유기 PR보다 분자 크기가 1/5 수준으로 작고, 광 흡수율도 4~5배 정도 높아 유기 PR보다 조밀하게 회로 패턴을 형성할 수 있다고 강조했다. 현재 일본업체들이 생산하는 유기 PR은 화학 증폭형 레지스트(CAR, Chemically Amplified Resists)인데, 인프리아의 무기 PR은 Metal Oxide 방식으로 초미세 입자인 Nano Particle을 넣어 감광 효율을 4배 정도 높인다고 주장하였다.

그리고 무기물은 유기물보다 단단하기 때문에 식각 선택비도 10배 이상 높다. 식각 선택비가 높다는건 추가 공정 없이 정확하게 필요한 부분만 깍아서 없앨 수 있다는 뜻이다. 식각 후 결함지표에서도 인프리아 무기 PR은 유기 PR 대비 1/10 수준으로 낮다고 전해진다.
http://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=8309

인프리아, EUV 무기물 PR 생산량 2배 '급성장' - 전자부품 전문 미디어 디일렉

http://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=4118

삼성, 5나노 파운드리 공정 美인프리아 EUV PR 도입 평가 - 전자부품 전문 미디어 디일렉

 

Dry Resist

Lam Rearch, ASML, 벨기에 반도체 연구허브 IMEC가 서로 협력하여 개발 중인 Dry Resist 장비.

기존에는 액체 PR을 웨이퍼에 바른 뒤 웨이퍼를 회전시켜 도포하는 스핀 코팅 방식을 사용. 그러나 EUV 노광 공정 시대에 진입하면서 액체 EUV PR 단점이 제기됨. EUV 광원 에너지가 ArF 광원 에너지보다 10배 이상 커지면서 예상치 못한 물질이 PR에서 나오게 되었다. Lam Rearch는 이런 문제점을 해결하기 위해 증착 공정에서 아이디어를 얻어 Dry PR 박막 형성 공법을 처음 개발하였다.

 

 

기존 EUV PR 스핀 코팅 방식은 웨이퍼가 회전하면서 튀는 PR 떄문에 낭비되는 양이 많아졌으나 Lam Research 장비를 활용하면 소비량을 기존 대비 1/5 ~ 1/10 수준까지 줄일 수 있다.

출처 : https://semianalysis.com/lam-research-dry-deposit-and-resist-could-become-a-multi-billion-dollar-business/

Dry Resist 장비가 본격적으로 채택되면 Wet Resist 장비 시장에서 선두인 TEL(Tokyo Electron)이 큰 타격을 입을 것으로 예상된다. 국내 부품 공급사 중 Lam, AMAT, TEL에 공급하는 업체들의 미래도 Dry Resist 장비 채택에 영향을 받을 것으로 예상됨. 참고로 Lam은 향후 5년 동안 Dry Resist 장비 매출을 $1.5B로 잡고 있습니다.

출처 : https://semianalysis.com/lam-research-dry-deposit-and-resist-could-become-a-multi-billion-dollar-business/

https://www.etnews.com/20200227000391

램리서치, 증착으로 EUV PR 만드는 '드라이 레지스트' 개발…日 기술 대체 촉각

https://semianalysis.com/lam-research-dry-deposit-and-resist-could-become-a-multi-billion-dollar-business/

LAM Research (LRCX) Dry Deposit and Resist Could Become a Multi-Billion Dollar Business