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사진은 권력이다

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무어 법칙의 한계를 극복하는 EUV 리소그래피 기술

썬도그 2016. 11. 3. 09:00
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한국을 먹여 살리는 산업이 하나 둘 씩 중국에 먹히고 있습니다. 조선은 이미 아작이 났고 다음은 철강, 화학이라는 소리가 있습니다. 현재 한국 수출 산업을 떠 받들고 있는 것은 IT와 자동차라는 소리가 있습니다. 그러나 이 마저도 흔들리고 있습니다. 삼성전자 같은 경우 갤럭시노트7 폭발 게이트로 휘청이고 있고 현기차는 수출량이 줄고 있습니다. 

그럼에도 삼성전자는 거대한 캐시카우가 있는데 바로 낸드플래시와 메모리 반도체입니다. 즉 반도체 산업이 한국을 떠 받들고 있다고 과언이 아닙니다. 


지난 한국 전자전에서 가장 관심이 갔던 분야는 반도체 쪽입니다. LG전자는 반도체 생산 공장이 없지만 설계 기술을 가진 자회사도 있고 기술도 있습니다. 어차피 생산은 파운드리 업체들에게 생산을 맡기고 설계만 해서 큰 수익을 내는 팹리스 업체들이 있고 LG전자 자회사 중에는 팹리스 업체가 있습니다.


그런데 이 반도체도 한계가 있습니다. 무어의 법칙이라고 아시죠?
무어의 법칙이란. 반도체 집적 회로의 밀도가 2년마다 2배로 증가한다는 법칙입니다. 이는 반도체 성장 속도를 예측한 법칙입니다. 인텔 창업자인 고든 무어가 만든 법칙입니다. 그러나 이 법칙은 한계가 있습니다. 왜냐하면 회로의 밀도를 무한정 높일 수가 없습니다. 왜냐하면 밀도를 높이다 보면 트랜지스터를 원자 단위까지 좁히게 되고 이렇게 되면 전자 간의 간섭이 생기게 됩니다. 이렇게 되면 더 이상 밀도를 높일 수 없습니다.

그럼 어떻게 하냐! 천상 전자를 직접 조작하는 양자 컴퓨터가 나와야 합니다. 그러나 양자 컴퓨터는 아직까지 실용화 되지 않았습니다. 뭐 구글이 만들었다고 하는데 아직 인정 받을 정도는 아닙니다. 




그럼에도 기술 개발을 통해서 최대한 좁힐 수 있을 때 까지 좁히고 있는 것이 요즘 반도체 제조 기술입니다. 
반도체는 웨이퍼에 배선을 그리는 작업을 합니다. 이 배선을 그리는 과정을 리소그래피(Lithography)라고 합니다. 실리콘 웨이퍼 위에 회로 패턴을 찍어 넣어야 하는데 이 과정은 간단합니다.

먼저 웨이퍼에 노광을 주고 식각을 하고 유무기물을 증착합니다. 사진 인화기 과정과도 비슷하고 어렸을 때 배운 석판화 과정과도 비슷합니다. 이 3개의 과정 중에 가장 중요한 과정이 빛을 아주 정밀하게 쏘는 노광 과정입니다. 이 노광 과정에서 빛을 쏘는데 파장이 짧을 수록 빛의 회절 현상을 줄일 수 있어서 미세한 회로 패턴을 웨이퍼 위에 넣을 수 있습니다. 

현재 20nm 공정에서는 ArF 이머전 장비를 이용해서 노광을 주는데 여러번의 노광을 줘야 하기 때문에 생산 시간이 긴 단점이 있습니다. 이걸 극복하기 위한 방법이 여러가지가 있는데 이중 가장 눈에 띄는 기술이 극자외선인 쬐는 EUV과정입니다. 


EUV 리소그래피 기술이란?

EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피는 극자외선이라는 매우 짧은 13.5nm라는 빛을 이용해서 웨이퍼 위에 회로 패턴을 그리는 리소그래피 기술입니다. 기존의 ArF 엑시머 레이저를 이용한 광 리소그래피 기술로는 가공이 어려운 20nm보다 미세한 수치의 가공이 가능합니다. 

EUV는 광은 여러번에 걸쳐서 만드는 멀티 패터닝 기술이 아닌 한 번에 회로 패턴을 그리는 싱글 패터닝 기술로 제조 시간을 단축할 수 있습니다. 그러나 제조 공정이 진공 상태에서 작업을 해야 하는 점과 특별 소재의 미러 시스템을 사용하야 하며 250와틔 이상의 출력이 나오는 광의 휘도를 높여야 하는 기술적 극복 과제가 있습니다. 

그럼에도 이 기술이 개발 완료 되면 20nm 이하 크기의 반도체 가공이 가능하게 되며 상용화 되면 집적 회로의 밀도를 2배 이상으로 높일 수 있습니다. 



그런데 이 어려운 것을 해낸 업체가 있습니다. 네덜란드의 ASML이라는 회사는 이 EUV 리소그래피 기술의 선두주자입니다. 이미 인텔은 이 ASML사의 노광기를 구매해서 테스트를 하고 있습니다. 



이 EUV 리소그래피 노광기를 이용해서 2018년에는 인텔과 TSMC가 EUV 리소그래피 노광기를 생산 라인에 투입해서 상용화 할 예정입니다. 글로벌 파운드리는 2018년에 7nm 라인의 제조를 EUV 리소그래피 노광기를 이용해서 생산할 예정이라고 하네요. 한국도 SK 하이닉스가 이 ASML사의 EUV리소그래피 노광기를 들여와서 테스트 중이라고 하는데 집적 회로의 경쟁이 또 다시 시작 될 듯합니다. 

좀 더 자세하고 다용한 차세대 노광기에 대한 내용은 http://blog.skhynix.com/1198 에서 볼 수 있습니다. 

출처 : http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/leading-chipmakers-eye-euv-lithography-to-save-moores-law

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