노광기 관련 스크랩 자료

디지털 노광장비 핵심 기술 개발

차종환 기자

승인 2016.12.16 18:01

 

1] 노광기 란?

: 자외선을 이용한 미세패턴 노광과 경화를 위한 장치입니다.

 

2] 노광기 종류

 

2]-1. UV Lamp 자외선 노광기

 

2]-2. UV LED 노광기

 

2]-3. 편광 노광기

 

2]-4. 경사노광기

 

2]-5. 스캔노광기

 

정부와 국내 대·중소기업 및 학계가 공동으로 디스플레이 생산공정의 핵심장비인 ‘8세대급 디지털 노광기’의 핵심 기술을 개발하고 향후 본격적인 국산화에 나서기로 했다.

 

노광기란, 평판디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 제조 공정 중 가장 핵심을 차지하는 장비로서 포토마스크에 빛을 쪼여 유리기판에 회로를 형성한다.

 

산업통상자원부는 지난 5년(2008.1.~2013.9) 간 전자정보디바이스

 

산업원천기술개발 사업을 통해 212억 원을 지원함으로써, 국내 원천기술이 전무해 전량 수입에 의존하던 대형 노광장비의 핵심기술 개발을 완료했다고 밝혔다.

 

노광공정은 FPD 제조 공정 중 비용 및 시간적 측면에서 30~40%이상을 차지하는 최고 핵심 공정이며, 그간 일본 등 선진국에서 장비를 전량 수입했다.

 

대당 장비 가격은 7G급이 100억 원, 8G급이 200억 원~300억 원 수준이다. 국내에선 2008년부터 2012년까지 약 5억8000만 달러어치를 수입해왔다.

노광기는 기술수준이 매우 높고, 외국 장비기업의 엄격한 통제로 인해 기술 접근이 어려워 디스플레이 5대 핵심 장비 중 유일하게 국산화에 성공하지 못한 장비다.

 

산업부는 이번 기술개발로 인해 세계 최고수준인 국내 디스플레이 산업기술 및 노하우가 외국 장비기업을 통해 경쟁국에 유출되는 위험을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 향후 국산 노광장비의 수출효과도 기대할 수 있다고 내다봤다.

 

특히, 이번에 개발된 기술은 기존의 아날로그 방식이 아닌 디지털방식으로 개발된 세계 최초의 대형 노광기술로서 기술 자립화 및 원가 절감에 따른 가격 경쟁력 향상효과도 기대된다.

 

아날로그 노광기의 핵심부품인 마스크(Mask)를 디지털화시킨 것이 이 기술의 핵심이며, 필름 카메라가 디지털 카메라로 진화한 것과 같이 기존 기술 대비 공정기간 단축 및 원가절감의 효과가 매우 클 것이라는 설명이다.

 

마스크리스(Maskless) 기술은 패턴 설계 후 즉시 테스트 및 생산이 가능해 신속한 제품 개발에도 유리하며, 비용절감, 개발시간 단축 등 경쟁국 대비 유리한 공정조건 선점이 가능할 것으로 기대된다.

 

이번 연구에는 삼성전자, LG전자, 코아시스템즈, 풍산시스템, 에버테크노, 연세대 등 21개 산·학·연 관련 기관이 참여했다.

 

 

ASML, 2분기 재무보고 발표: EUV 노광기 생산능력 크게 증가

2019.07.18 18:22

퀘이사존의 창작 콘텐츠가 아닌 해외 IT 매체 mydrivers의 단순 번역본 뉴스입니다.        

 

세계 유일의 EUV 극자외선 노광기의 연구개발·생산을 장악한 네덜란드 ASML사는 오늘 2019년 2분기의 재무보고를 발표했는데, 해당 시즌에 25.68억 유로의 매출을 올렸고, 이 중 순설비 매출액은 18억5100만 유로였습니다.

  

EUV: 극자외선 노광기술로, 반도체의 웨이퍼에 회로를 새기는 장비

반도체 산업에서 EUV란 반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피(extreme ultraviolet lithography) 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 말한다.

 

반도체 칩을 생산할 때 웨이퍼(wafer)라는 실리콘 기반의 원판, 즉 둥근 디스크는 감광물질로 코팅이 되고, 스캐너라고 하는 포토공정 설비로 들어가게 된다. 이 설비 안에서 회로 패턴을 새겨 넣기 위해 레이저 광원을 웨이퍼에 투사하는 노광(photolithography) 작업을 진행한다.

 

이렇게 해서 반도체 칩 안에 현미경으로 봐야 보일 정도로 작고 미세한 회로소자 수십억 개를 형성하게 된다. EUV 공정은 이러한 노광 단계를 극자외선 파장을 가진 광원을 활용해 진행하는 것을 말한다.

  

2분기 중 ASML은 EUV 노광기 10대를 수주했으며, 이 주문들은 논리 반도체 공정뿐만 아니라 메모리 칩에 처음 사용되었을 것입니다. 이전에 삼성은 미래의 메모리 칩 생산에 EUV 노광기 ASML의 노광기를 사용할 것이라고 말했습니다.

 

EUV 노광기의 경우 현재 가장 중요한 문제는 생산능력 부족이며 ASML이 현재 판매하고 있는 노광기 모델은 NXE:3400B, 매시간 웨이퍼 생산능력은 150~155wph로 업그레이드되었지만, 2분기 중 170wph로 이미 하루 2000정을 생산하는 수준입니다.

 

ASML 로드맵에 따르면 EUV 노광기 제품은 앞으로 한차례 더 향상돼 시간당 185wph를 기록할 것으로 보이지만 2021~2022년까지 기다려야 합니다.

 

 

 

 

앞으로는 EUV 노광기 머신이 차세대로 접어들게 될 것이며, 리소그래피 해상도는 새로운 대물렌즈 시스템에 달려있습니다. ASML은 지난 몇 년 동안 ZEISS Optical에 투자했으며, 두 회사는 공동으로 NA = 0.55를 개발할 예정입니다. High NA (고수준 렌즈) 렌즈는 리소그래피 기계의 해상도를 더욱 향상시킵니다.

ASML의 계획에 따르면, High NA (높은 개구수) 렌즈를 갖춘 차세대 EUV 노광기가 3nm 공정에 도입될 것이며, 출시 시점은 2023~2025년으로 아직 멀었습니다.

 

 

ASML, EUV 생산성 높인다… 내년 2세대 장비 출시

김주연 기자

승인 2018.08.22 14:20

 

처리량 125장에서 155장 이상으로 늘릴 계획

ASML이 극자외선(EUV) 노광기의 가장 큰 문제로 지적됐던 생산성 향상에 사활을 걸었다. 

 

내년에 300㎜ 웨이퍼를 시간당 155장 이상 처리할 수 있는 2세대 EUV 노광기를 출시하고 2021년 차세대 EUV 노광기 플랫폼을 선보일 계획이다.

 

 

▲올해 처음으로 ‘차세대 리소그래피 학회’와 공동 개최된 ‘ASML Tech talk’에는 국내 대학(원)생, 학계, 회사 관계자 등 500여명이 참여했다./KIPOST

 

안쏘니 옌(Anthony Yen) ASML 기술개발센터(Technology Development Centers) 소장(부사장)은 22일 인천 송도 컨벤시아에서 열린 ‘ASML tech talk’ 행사에서 기조연설을 통해 이같이 밝혔다.

 

올해 20대 장비가 출하되는 1세대 EUV 노광기 ‘TWINSCAN NXE:3400B’는 250W의 소스 파워(Source power)를 달성했지만, 시간당 웨이퍼 처리량(wph)이 125장 수준에 불과하다. 

 

현재 반도체 생산 라인에 적용되는 액침(Immersion) 불화아르곤(ArF) 노광기 처리량(275wph)의 절반도 되지 않는 셈이다. 7나노 공정에서는 EUV를 활용하는 레이어가 극소수에 불과해 큰 문제가 되지 않지만, 노드가 발전할수록 처리량 개선이 필수다.

 

회사는 먼저 ‘NXE:3400B’부터 개선한다. 오버레이(각 층의 정렬 상태) 및 초점 개선 패키지(OFP)로 오버레이 정확도(matched overlay)을 2.0나노에서 1.7나노로 높이고, 장비 내 웨이퍼의 교체 및 운송 시스템을 개선해 ‘NXE:3400B’의 처리량을 145장 이상으로 늘릴 계획이다. 

 

내년 말 출하할 계획인 2세대 ‘NXE:3400C’는 시간당 155장 이상의 웨이퍼를 처리할 수 있도록 생산성을 개선한다. 1세대의 공정변수(K1)가 7나노 기준 최대 0.45였다면, 2세대는 이를 0.4이하로 낮출 계획이다. 

 

K1값은 공정의 복잡도를 수치화한 것으로, 값이 낮을수록 해상도가 높아진다. 더블 패터닝을 구현하려면 이 K1값을 0.28 이하로 줄여야한다는 게 업계 정설이다. 

 

ASML은 2021년 K1 값을 0.3 이하로 줄이고, 시간당 처리량을 170장으로 늘린 3세대 EUV 노광기를 출시하는 한편, 렌즈 수차(NA) 값을 0.33에서 0.55로 높인 차세대 EUV 플랫폼을 선보일 계획이다.

 

렌즈 수차값이 높아지면 해상력이 높아져 미세 패턴 형성에 유리하다. 일명 ‘High NA’ EUV 플랫폼으로 알려진 이 노광기는 시간당 185장의 웨이퍼를 처리하고, 오버레이 정확도는 1.1나노로 목표를 잡았다.

 

1세대부터 3세대까지의 노광기가 렌즈 수차(NA·numerical aperture) 0.33, 해상도 13나노급이었다면 2021년 말에는 0.55 NA, 해상도는 8나노인 차세대 EUV 플랫폼을 선보인다. 

 

옌 소장은 “ASML은 지속적인 연구개발로 고객사들의 요구를 반영, EUV 장비를 개선하고 있다”며 “광학근접보정(OPC) 툴에 인공지능(AI)을 도입하는 등 최첨단 기술도 적극 활용하고 있다”고 말했다.  

원문 출처 mydrivers

 

차세대 반도체 리소그래피 기술, EUV 외

NIL 및 DSA 뜬다

한주엽 기자

2015.03.25 14:39:37

반도체 공정 미세화의 핵심은 실리콘 웨이퍼에 회로 패턴을 형성하는 리소그래피 (Lithography)다.

 

현재 모든 반도체 생산 업체들은 포토 리소그래피(Photo Lithography)라 부르는 노광(露光) 공정을 활용하고 있다.

 

노광은 설계 레이아웃이 새겨진 마스크(Mask) 혹은 레티클(Reticle) 유

리 원판 위로 광원을 쏴 감광액(Photo Resist)이 도포돼 있는 웨이퍼에 회로 패턴을 형성하는 공정이다.

 

이는 마치 필름 사진을 현상하는 과정과 흡사하다.

노광 장비의 성능은 광원의 파장으로 결정된다. 파장이 짧으면 빛의 회절(回折) 현상을 줄여 보다 미세한 회로 패턴을 웨이퍼 위에 형성할 수 있다.

그간 노광 장비 업계는 빛 파장을 줄인 노광기를 단계적으로 (436→ 405→ 365→ 248→ 193nm) 선보여왔다.

현재 양산 라인에서 주로 활용되는 고사양 노광기는 이머전(Immersion, 액침) 불화아르곤(ArF) 장비다.

 

이 장비는 193nm 빛 파장을 갖는 ArF 기술에 액침 기법을 더해 해상력을 높인 것이 특징이다.

액침 기법이란 웨이퍼와 노광기 사이에 물을 넣어 빛 굴절률을 높이는 기술 을 의미한다. 

 

다만 이머전 ArF 노광 장비로 형성할 수 있는 물리적 회로 선폭 한계치는 38나노에 그친다.

 

주요 반도체 생산 업체들은 이머전 ArF 노광기로 회로 패턴을 두 번 혹은 세 번에 걸쳐 형성하는 더블패터닝 기술을 도입해 20나노 이하까지 선폭을 좁혀왔다.

그러나 이런 멀티 패터닝 공정을 도입하면 생산 시간이 길어지고 증착 및 식각 등 도입 장비 수도 늘려야 한다. 이럴 경우 공간을 더 잡아먹으므로 생산 라인의 총 생산 용량이 줄어드는 부정적 효과가 크다.

 

노광 분야에서 이머전 ArF 장비를 대체할 수 있는 기술은 현재 개발이 이뤄지고 있다.

 

바로 극자외선(Extreme Ultra Violet, EUV) 기술이다.

노광 장비를 만드는 업체는 네덜란드의 ASML과 일본의 캐논, 니콘이 있지만 EUV 장비를 개발하고 있는 곳은 ASML이 유일하다.

 

EUV 노광 장비는 빛 파장이 13.5nm로 짧아 회로 선폭이 10나노 미만인 반도체 생산도 가능하다.

 

그간 문제점으로 지적돼 왔던 광원 에너지 부족 현상도 조금씩 해결돼 가고 있는 모양새다.

IBM은 지난 7월 ASML의 EUV 노광 장비인 NXE3300B를 활용해 44와트(W) 광원으로 시간당 34장, 하루 637장의 웨이퍼를 처리하는 데 성공했다고 밝힌 바 있다.

 

ASML에 따르면 IBM 외 한 곳의 고객사가 같은 장비로 라인을 가동 중이다.

ASML은 자사의 테스트 라인에선 80W의 광원 출력을 달성했다고 밝히고 있다.

 

다만 목표치인 250W에 도달하려면 아직 갈 길이 멀다. 김영선 ASML코리아 사장은 “하루 500장 이상의 웨이퍼를 처리할 수 있다는 건 가장 큰 기술적 난제를 해결했다는 증거”라며 “핵심 문제를 풀었기 때문에 일 웨이퍼 처리량을 1000장, 1500장 이상으로 높이는 데에는 긴 시간이 걸리지 않을 것으로 보고 있다”고 말했다.

 

차세대 리소그래피 기술, NIL과 DSA에 주목 

 

EUV 노광 외 주목받는 차세대 리소그래피 기술로는

나노임프린트 리소그래피(NanoImprint Lithography, NIL) 기술과

DSA(Directed Self-Assembly)기술이 있다.

 

NIL은 2003년 국제반도체기술로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductor, ITRS)에서 32나노 이하의 선폭을 실현 할 수 있는 새로운 방법론으로 소개된 기술이다.

 

나노 패턴이 각인된 스탬프를 사용해 마치 도장을 찍듯 실리콘 웨이퍼 위에 나노 패턴을 전사하는 것이 NIL 공정 방식의 골자다.

 

액체인 자외선(UV) 감광액을 실리콘 기판 위에 코팅한 후 투명한 스탬프를 접촉시키고 압력을 가하면 스탬프 사이로 패턴이 형성된다. 이후 광원을 투사해 패턴을 고체화 시킬 수 있다. 저렴한 UV를 광원으로 활용하고 렌즈를 사용하지 않는 덕에 기존 ArF 이미전 및 EUV 노광 장비를 사용하는 것 보다 경제적이다. 

 

NIL 장비를 만드는 대표적 업체로는 EVG그룹과 캐논이 있다.

캐논은 과거 전통적 노광 장비 분야에서 일정한 점유율을 갖고 있었으나 ArF 세대에선 제품 개발에 실패해 사실상 시장에서 퇴출됐었다.

극자외선(EUV) 노광 기술 역시 상용화가 어려울 것이라고 판단, 연구개발(R&D)을 포기했다.

 

그러나 NIL 기술은 과거 5~6년간 꾸준하게 R&D를 진행해왔다.

작년 2월에는 NIL 관련 유망 벤처인 몰티큘러 임프린트(Molecular Imprints) 를 인수했다. 이 회사는 세계 노광 장비 1위 업체인 ASML도 눈독을 들였던 것으로 전해지고 있다.

캐논과 몰티큘러 임프린트는 그간 도시바와 함께 NIL의 적용 방안을 놓고 협력 관계를 이어왔다.

 

도시바는 최근 SK하이닉스와 NIL 기술을 공동 개발하는 계약을 체결한 바 있다.

즉, 캐논의 나노임프린트 장비가 SK하이닉스로도 공급될 수 있다는 의미다. 캐논 측은 ArF 이머전 장비로 4회(쿼드)의 패터닝을 진행하는 경우라면 전체적인 제조 비용은 NIL이 더 낮다고 강조하고 있다.

 

다만 NIL은 EUV와 비교해 패턴 형성의 자유도가 떨어지기 때문에 일정한 패턴을 유지하는 낸드플래시 메모리 생산에 우선 적용될 것이라고 전문가들은 예상하고 있다.

 

DSA는 화학적 패턴 형성 방식이다.

성질이 다른 두 고분자를 하나의 분자로 합성한 ‘블록(Block) 공-중합체 (共-重合體, copolymer)’ 재료를 웨이퍼상에 도포, 가열해 미세한 패턴을 얻을 수 있다.

 

DSA는 분자의 자기 조립(Self-Assembly) 현상에 기반을 두고 있다.

현재 산업계와 학계에서 활발한 R&D가 이뤄지고 있으며 미국 다우케미칼, 독일 머크(AZ일렉트로닉머티리얼즈)가 관련 기술을 선보이고 있다.

 

DSA 역시 NIL과 마찬가지로 기존 노광 기술과 병행 활용될 것으로 전문가들은 보고 있다. 

 

정은승 삼성전자 반도체연구소장(부사장)은 “멀티 패터닝 공정 도입으로 인한 원가 상승 문제를 해결하기 위해 NIL과 DSA 등 3~4가지의 솔루션을 개발하고 있다”고 밝혔다. 

김명수 SK하이닉스 미래기술연구원 소속 연구위원은 작년 4월 한국반도체 산업협회 주관으로 열린 반도체 공정포럼 세미나에서 “DSA 기술을 활용하면 ArF 이머전 장비로 쿼드 패터닝을 할 때보다 공정 스탭수를 상당 부분 줄일 수 있다”고 말한 바 있다.

 

<한주엽 기자>powerusr@insightsemicon.com