펠리클(Pellicle)의 의미와 세대별 차이

펠리클의 정의

펠리클은 반도체 리소그래피 공정에서 포토마스크(레티클)를 보호하기 위해 사용되는 얇은 투명 필름입니다. 주된 역할은 마스크 표면의 오염물(먼지, 입자 등)이 웨이퍼에 영향을 주지 않도록 하는 것입니다. 이 필름은 광학적으로 투명하며, 투과율을 최대화해 노광 공정 중 빛이 손실 없이 전달될 수 있도록 설계됩니다.

 

펠리클의 역할

1. 오염 방지: 포토마스크 표면에 입자가 부착되는 것을 방지하며, 웨이퍼로 결함이 전파되는 것을 막습니다.
2. 생산성 향상: 마스크 표면의 청정 상태를 유지하므로 유지보수 및 재작업 비용을 절감합니다.
3. 공정 안정성: 입자가 필름 위에 있더라도 초점이 맞지 않아 웨이퍼 패턴에 영향을 미치지 않습니다.

세대별 펠리클의 차이

1. DUV(Dry Ultraviolet) 및 ArF(Dry/Immersion) 리소그래피용 펠리클
   • 소재: 폴리에스터나 폴리이미드와 같은 투명 플라스틱.
   • 특징: UV 광원에서 높은 투과율과 내구성을 갖추도록 설계.
   • 장점: 제작이 비교적 간단하고 비용이 낮음.
   • 제한점: 극단적인 열/광 조건에서 내구성이 떨어질 수 있음.
2. EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피용 펠리클
   • 소재: 탄소나 실리콘 나노막 등 초박형 필름.
   • 특징: 극자외선(13.5nm)에서 투과율을 유지해야 하므로 매우 얇고 견고하게 설계.
   • 장점: 높은 내구성과 낮은 투과 손실.
   • 도전 과제: 제조가 복잡하고 비용이 높으며, 극도로 높은 열 및 광 조건에서 안정성을 보장해야 함.

 

세대별 주요 차이점

구분 DUV 펠리클 EUV 펠리클

광원	193nm (ArF)	13.5nm (EUV)
투과율	약 95% 이상	약 80~85%
소재	폴리에스터/폴리이미드	탄소, 실리콘 나노필름
두께	수십 마이크로미터	수십 나노미터
비용	상대적으로 저렴	고가 (제작 기술 난이도 높음)
내구성	비교적 낮음	높은 열/광 조건에서 안정성 요구

 

향후 발전 방향

• EUV 리소그래피의 보급화로 펠리클의 성능 개선이 중요한 과제로 대두.
• 고투과율 소재 개발과 동시에 비용 절감을 위한 제조 공정 혁신 필요.
• 펠리클 내구성 강화를 통해 리소그래피 공정의 신뢰성을 더욱 높이는 방향으로 연구 진행.

펠리클은 반도체 공정에서 클린룸 환경을 유지하며 패턴 전송 정확도를 보장하는 핵심적인 요소입니다. 특히 EUV 리소그래피가 주력으로 자리 잡으면서 더 얇고 효율적인 펠리클 기술이 요구되고 있습니다.

Schematized overview of the ASML pellicle concept.

 

주요 펠리클 제조업체:

1. 미쓰이화학(Mitsui Chemicals): 미쓰이화학은 아사히카세이의 펠리클 사업을 인수하며 이 분야의 주요 기업으로 자리 잡았습니다. 이 회사는 DUV(심자외선) 및 EUV 펠리클을 모두 생산하며, 신뢰성과 정밀도를 중점으로 차세대 EUV 리소그래피용 펠리클 기술을 발전시키고 있습니다.
2. 린텍(Lintec Corporation): 린텍은 일본의 산업기술종합연구소(AIST)와 협력하여 탄소나노튜브 기반의 펠리클을 개발하고 있습니다. 이 펠리클은 고NA(수치조리개) EUV 리소그래피 시스템을 위한 대량 생산 기술을 목표로 하고 있으며, 높은 투과율과 열저항성을 개선하고 있습니다.
3. 톱판(Toppan): 글로벌 포토마스크 공급업체인 톱판은 DUV와 EUV 리소그래피 공정의 요구를 충족하는 펠리클을 생산하며, 반도체 제조의 첨단 요구를 지원하고 있습니다.
4. 신에츠화학(Shin-Etsu Chemical): 신에츠화학은 반도체 제조에 필요한 고성능 소재와 펠리클을 제공하며, 첨단 리소그래피 기술에 최적화된 제품을 개발하고 있습니다.

펠리클 기술 발전의 중요성

각 기업은 EUV 투과율, 고강도 내구성, 고온 내성을 포함한 펠리클의 성능 개선에 주력하고 있습니다. 특히, EUV 리소그래피가 반도체 공정의 핵심으로 자리 잡으면서, 고효율 펠리클에 대한 수요는 계속 증가하고 있습니다.

 

한국의 주요 펠리클 제조업체

1. Graphene Lab: 이 회사는 그래핀을 이용한 EUV 펠리클 기술을 개발하여, 기존의 실리콘 기반 펠리클에 비해 투명성과 열 저항성을 향상시켰습니다. 그래핀 펠리클은 EUV 리소그래피 공정에서 중요한 역할을 하며, 삼성전자와 같은 대형 반도체 제조사를 고객으로 삼을 가능성이 높습니다. 그래핀 기반 펠리클은 초미세 공정(5nm 이하)에서 요구되는 높은 성능과 내구성을 충족합니다.
2. FST (Fine Semiconductor Technology) 파인세미텍: FST는 한국에서 펠리클 제조를 시작한 초기 기업 중 하나로, DUV 및 EUV 리소그래피용 펠리클을 제공합니다. 이 회사는 지속적인 연구개발을 통해 첨단 반도체 공정에서 요구되는 고성능 펠리클을 개발하고 있습니다. 특히, DUV 펠리클 개발로 오랜 역사를 가지고 있으며, 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖추고 있습니다.

[PDF] Offline study of next generation EUV pellicle materials and performances : From experimental design to material characterization | Semantic Scholar