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EUV

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EUV(Extreme Ultraviolet)란 극자외선이라 불리는 짧은 파장(13.5nm)의 빛을 이용하는 리소그래피 기술로, 반도체 원판인 웨이퍼에 회로패턴을 새기는 반도체 장비에 사용된다.

파장이 짧아 현재 사용중인 불화아르곤(ArF) 노광장비로는 불가능했던 7nm이하의 초미세공정을 가능케 하는 장비이다. 한마디로 7nm이하 초미세공정에서 사용되는 장비이다.

EUV 공정[편집]

반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토 (노광) 공정에서 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 수십억개를 형성하게 된다. EUV 공정은 이러한 노광 단계를 극자외선 파장을 가진 광원을 활용해 진행하는 것을 말한다.

리소그래피(Lithography)란?

리소그래피는 반도체 제조에서 패턴을 기판 위에 전사하는 공정이다. 반도체 칩은 수많은 미세한 트랜지스터와 회로가 집적된 구조로 이루어져 있는데, 이를 형성하기 위해서는 매우 정밀한 패턴을 웨이퍼에 새겨야 한다.

이 과정에서 빛을 사용해 포토레지스트(Photoresist)라는 감광성 물질에 미세 패턴을 형성한 후, 식각(Etching) 공정을 통해 웨이퍼에 반도체 회로를 구현한다. 리소그래피 공정은 반도체 제조의 핵심 단계이며, 빛의 파장이 짧을수록 더 미세한 회로를 형성할 수 있다.

역사[편집]

1980년대 후반부터 시작된 EUV 리소그래피 기술 개발은 초기에는 여러 기술적 장애로 인해 어려움을 겪었다. 그러나 2010년대 중반부터 ASML과 같은 주요 리소그래피 장비 제조업체들이 EUV 리소그래피 시스템을 상용화하면서, 7nm 이하 공정에 본격적으로 도입되었다.

EUV 리소그래피의 도입
  • 초기 연구: 1990년대부터 EUV는 차세대 리소그래피 기술로 주목받았으나, 초기 연구에서는 낮은 출력, 높은 비용, 시스템의 복잡성 등의 문제로 상용화에 어려움을 겪었다.
  • 상용화 단계: 2018년, 반도체 제조업체인 TSMC와 삼성전자가 7nm 공정에 EUV를 도입하면서 본격적인 상용화가 시작되었습니다. 이후 5nm, 3nm 공정에도 EUV 리소그래피가 필수 기술로 자리 잡게 되었다.

EUV 작동원리[편집]

EUV의 작동원리.png

① EUV 노광 공정은 EUV를 만들어내는 것부터 시작한다.

② LPP 방식을 통해 얻은 EUV 광원은 이후 Illuminator(조명광학계)를 통해 모아진다.

③ 모아진 광원은 마스크 레티클 을 거쳐 패턴을 담은 광원으로 반사된다.

④ 패턴을 담은 광원은 Projection optics( 투영 시스템 을 거쳐서 웨이퍼에 노광된다.

⑤ 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 위에 새겨진다.

EUV 기술이 필요한 이유[편집]

반도체 칩 제조 분야에선 웨이퍼 위에 극도로 미세한 회로를 새겨 넣는 것이 필수다. 그래야만 트랜지스터와 콘덴서 등 소자들을 지름 300mm의 제한된 웨이퍼 공간에 더 많이 집적하고, 성능과 전력효율 또한 높일 수 있기 때문이다.

EUV 광원은 기존 공정에 적용 중인 불화아르곤(ArF) 광원보다 파장이 훨씬 짧기 때문에, 더 미세하고 오밀조밀하게 패턴을 새길 수 있다. 새로 나올 EUV 스캐너는 13.5 나노미터 파장의 EUV를 활용하며, 이는 현재 불화아르곤 엑시머 레이저 스캐너가 사용하는 빛 파장과 비교해 10분의 1 미만에 불과하다.

뿐만 아니라 기존엔 미세회로를 만들기 위해 수차례 노광 공정을 반복해야 했지만, EUV 장비는 공정 단계를 줄일 수 있어 생산성도 획기적으로 높일 수 있게 될 전망이다.

EUV 보급현황[편집]

EUV는 네덜란드의 반도체 장비 기업인 ASML이 독점생산하고 있다. 연간 생산량은 40대 내외이다. 가격은 모델에 따라 다르지만 대당 2000억원이 넘어 EUV 장비 보유 대수가 반도체업체의 경쟁력 척도로 꼽힌다.

반도체 회사별로 보면 대만의 TSMC가 올해 말까지 약 70대 보유한 걸로 추정된다. 삼성전자는 2021년 말까지 27대 보유 추정이다. 삼성은 2022년에 16대를 추가 확보할 예정으로 알려져 있다. 삼성은 DRAM공정에 7대를 사용중인데 추가 물량도 일부는 DRAM공정에 투입예정이다. SK하이닉스는 2대 보유중이고요 2022년 1대 추가 예정이다.

EUV를 파운드리 공정에 사용하는 곳은 TSMC와 삼성전자 뿐이다.

EUV와 Arf 기술의 차이점[편집]

  • 자료: 미디어자료, IBK투자증권
구분 EUV Arf
파장 13.5mm 193nm
광자에너지 91~93ev 6.4ev
광원 CO₂레이저+ Sn플라즈마 ArF 엑시머 레이저
파장 대역폭 5.90% 0.16%미만
광학 반사형 다층(거울당최대 40% 흡수) 투과렌즈
플레어 4% <1%
주변 진공수소 공기(수중노출된 웨이퍼 영역)
박막 사용가능한 문제가 있음 예
일일 웨이퍼(도구에 따라 다름) 1,000 6,000

극자외선[편집]

극자외선(極紫外線, extreme ultraviolet, EUV 또는 XUV) 또는 고에너지 자외선 복사는 124 nm에서 10 nm까지 이르는 파장 범위의 전자기 스펙트럼의 일부에 속하는 전자기파로서, (프랑크-아이슈타인 방정식에 따라) 10 eV에서 최대 124 eV(각각 124 nm에서 10 nm에 맞먹음) 에너지의 광자를 갖는다. EUV는 코로나에 의해 자연적으로 발생되며 플라스마와 싱크로트론 방사원에 의해 인공적으로 만들어진다. 자외선(UVC)이 100 nm까지 확장할 수 있으므로 이 두 용어에서 겹치는 부분이 일부 존재한다.

주 용도는 광전자 분광학, 솔라 이미징, 리소그래피이다.

지구 대기권에서 EUV는 전자기파 스펙트럼에서 가장 흡광률이 높은 성분으로, 전달에는 고진공이 요구된다.

참고자료[편집]

같이 보기[편집]


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