ASML 차세대 노광 High-NA EUV 기술

2025년 마침내 상용화되는 차세대 노광기 High-NA EUV에 대한 기술을 설명한 글이 IEEE Spectrum에 기재되어 정리 삼아 포스팅해 본다.  

포토공정의 요소

먼저 포토리소그래피 기술을 이해하기 위해 노광성능의 요소를 간단히 알 필요가 있다. 결론만 짚으면 분해능이 낮을 수록 해상력이 좋아져 미세한 회로를 그릴 수 있는데, 레일리의 식에 따라 얇은 붓 역할을 하는 파장이 짧을수록, 개구수는 높을수록 빛을 잘 모아 분해능을 낮게할 수 있다.

 

차세대 EUV인 High-NA EUV란 기존 EUV의 파장은 같으나 NA(개구수)를 높여 Resolution(분해능)을 작게 해 더 미세한 노광을 가능하게 한다. 

• NA; nemerical aperture란 시스템이 빛을 방출할 수 있는 각도 범위의 척도를 말한다.
• Resolution이란 해상력으로 서로 떨어져 있는 두 물체를 구별할 수 있는 능력을 의미하는데, 더 낮은 해상력일수록 반도체 칩에 더 미세한 회로를 그릴 수 있다.

노광기 역사를 보면 파장을 줄여가면서 분해능을 세밀하게 발전해왔다. 2006년경 같은 파장대인 193nm를 쓰면서도 레졸루션을 혁신적으로 줄인 기술은 렌즈와 웨이퍼 사이에 물을 채워 넣어 NA를 크게 키운 덕분이다.(이머전 노광장비)

EUV의 발달

파장의 길이를 짧게하여 미세공정을 하는데 한계점이 오면서 난관에 봉착하기도 했으나 EUV가 상용화되면서 13.5nm의 짧은 파장(빛)으로 더 미세한 공정이 가능하게 된다. 

 

EUV는 기존의 노광장비와는 현저히 다른 방식으로 빛을 생성하는데 기술적으로 매우 어려워 결론만 말하자면 레이저와 플라즈마를 이용한다. 아래, ASML EUV장비에 레이저를 공급하는 Trumpf사의 영상이 이해를 돕는다. 

 

TRUMPF EUV lithography – 이 모든 것이 1초 만에 발생합니다

193nm의 파장을 이용하는 DUV노광기에서 13.5nm파장의 EUV까지 렌즈개수NA는 0.33이었으나 차세대 EUV에서 0.55로 늘려 분해능을 줄이려는 연구를 한다.

 

High-NA EUV의 작동

렌즈개수를 단순히 0.55로 늘린다고해서 해결될 문제라면 진즉에 상용화되었겠지만 기술적 어려움이 존재했다. 웨이퍼에 노광 되는 면적이 넓은 만큼 마스크에도 적용됐는데 이에 따라 빛이 중첩되면서 원하는 이미징이 되지 않았다.

이 반사각 문제를 보완하기 위해서 배율을 기존 대비 두배로 늘려 8배로 축소하여 해결했다. 이로인해서 칩에 패턴을 노광 하는데 시간이 더 오래 걸려 생산성은 저하되는 단점이 생겼지만, 동일한 생산성 수준을 보장하기 위해 레티클 및 웨이퍼 스테이지 모듈을 재개발하고 설계해 결과적 가속도가 4배 향상된 나노미터 정밀 스테이지를 개발했다.

2025년 High-NA EUV 상용화

EXE라 불리는 High-NA EUV 장비는 2024년 벨기에 내 IMEC 테스트센터 설치될 예정이다. 이 연구는 고객, 공급업체 등이 High NA EUV가 상용화되는데 필요한 인프라를 개발할 수 있도록 한다. 그리고 2025년 인텔을 필두로 TSMC, 삼성, 하이닉스 등 칩메이커에 공급될 예정이다. 

 

참고:

THIS MACHINE COULD KEEP MOORE’S LAW ON TRACK, IEEE Spectrum