[반도체 기초] DPT와 QPT란?

오늘은 ETCH 공정의 심화 버전인 DPT와 QPT에 대해서 제가 이해를 돕고자 정리한 내용입니다. DPT는 Double Patterning Technology의 약자로 한국어로는 이중 패터링이라고 부를 수 있는데요. 하나의 미세 패턴을 두 번의 패터닝 공정으로 나눠 형성하는 기술입니다. 예를 들어 아주 촘촘한 선 패턴을 만들고자 할 때 노광 장비의 한계를 넘어서기 위해 먼저 듬성듬성한 패턴을 만들고, 두 번째 공정에서 그 사이 빈 공간에 새로운 패턴을 더해 최종적으로 촘촘한 패턴을 구현합니다. 대표적인 방식으로 LELE가 있고, 이는 Litho-Etch-Litho-Etch의 약자이며 1차 노광과 식각 뒤에 2차 노광과 식각을 수행하는 방식입니다. 또 다른 방법으로 LFLE가 있는데, 1차 포토레지스트를 만든 뒤 이를 고정시킨 뒤 다시 포토레지스트를 올려 2차 노광을 하고 한 번에 식각합니다. LELE과 LFLE가 각각 노광과 식각의 순서를 다르게 가져간다는 점이 특징입니다. 마지막으로 SADP가 있습니다. SADP는 Self-Aligned Double Patterning의 약자로, 라인업의 차이는 있지만 기본적으로 spacer를 이용해 패턴을 구현하는 방식입니다. 첫 번째 패턴을 형성하고 그 옆벽에 spacer를 형성한 뒤 첫 패턴을 제거하면 spacer가 남아 새로운 패턴의 역할을 하게 됩니다. 이로써PHOTO 공정의 부담이 줄어드는 효과를 기대합니다.

한편 QPT는 Quadruple Patterning Technology의 약자이고 한국어로는 사중 패터닝이라고 불립니다. DPT가 패턴을 두 배로 촘촘하게 만드는 기술이라면 QPT는 네 배 수준의 촘촘함을 목표로 하죠. QPT는 SAQP(Self-Aligned Quadruple Patterning)로도 불리는데 Self-Aligned의 아이디어를 중심으로 두 번의 SADP를 활용해 패턴을 확장합니다.Spacer를 이용해 측벽에 얇은 막을 형성하고 가운데 원래 패턴을 제거하면 양옆에 남은 spacer가 새로운 패턴으로 작용하는 과정을 반복하는 것이 핵심입니다. spacer는 옆벽에 형성되는 얇은 막으로, 초기에는 비교적 넓은 간격의 패턴을 만들고 양옆에 얇은 막을 붙인 뒤 식각으로 측벽에만 남기고, 가운데 원래 패턴을 제거하면 양옆의 spacer가 새로운 패턴이 됩니다. 이 과정을 한 번만 거치면 SADP이고 이를 또 확장하면 SAQP가 됩니다. 즉, 포토 공정으로 큰 틀을 만들고 증착과 식각으로 더 촘촘한 선을 만들어내는 방식이 핵심입니다.

마지막으로 EUV와의 관계를 생각해 보겠습니다. 많은 분들이 EUV가 도입되면 멀티 패터닝이 필요 없다고 생각하실 수 있지만 실제로는 다릅니다. EUV는 한 번에 더 작은 패턴이 가능하긴 하지만 단가가 올라가면서 현실적으로 부담이 크기 때문입니다. 그래서 현재로서는 DPT와 QPT 같은 멀티 패터닝이 여전히 중요한 대안이 됩니다. 요약하자면 DPT와 QPT는 노광 장비의 해상도 한계를 극복하기 위해 두 번, 네 번의 공정을 거쳐 패턴을 구현하는 기술이며, Self-Aligned 방식의 도입으로 포토 공정의 부담은 줄었지만 식각 단계의 부담과 공정 수 증가로 비용도 상승합니다. EUV를 맘껏 활용하기 어려운 상황에서 이들 멀티 패터닝은 여전히 반도체 미세화의 핵심 수단으로 남아 있습니다.