EUV (Extreme Ultra Violet, 극자외선) 기술?
EUV 기술은 현재 개발된 포토(노광) 기술 중 가장 최신의 기술이며, EUV 가 적용된 설비는 없어서 못 파는 고부가가치의 기술입니다. TSMC, 삼성전자, SK 하이닉스, Intel 등등 각국의 내노라하는 기업들이 ASML 에 설비를 달라고 러브콜을 보내고 있습니다. 수천억을 내고서도 사겠다고 하는 이 EUV 기술과 설비는 어떤 원리일까요?
EUV 발생 원리
EUV 즉, 극자외선은 CO2 laser 를 주석 방울에 쏘아 부딪치게 함으로써 높은 에너지의 플라즈마 상태를 발생, 이후 증가됐던(excited) 에너지가 낮아지며 발생시키는 13.5 nm 파장의 극자외선을 말합니다. 이렇게 laser 를 통해 발생된 플라즈마는 LPP (Laser Produced Plasma) 라고 하는데요. 플라즈마는 고체,액체,기체 외의 제 4의 상태라고 볼 수 있는데 원자가 높은 에너지를 흡수하게 되면 원자핵과 전자가 해리된 이온화 상태가 됩니다.
그런데 사실 이런 LPP 방식은 레이저를 한번만 쏘면 되는 건 아닙니다. ~80 m/s 의 주석이 떨어질 때 pre-pulse 로 한번, 그리고 main pulse 를 추가적으로 가해 플라즈마와 EUV 를 발생시킵니다. Pre-pulse 에서는 주석 방울을 원하는 모양으로 납작하게 만들고 속도를 제어해 main pulse 가 후속에 잘 부딪칠 수 있게 제어합니다. 그리고 결과적으로 main pulse 에 조사된 주석 방울은 플라즈마 상태와 EUV 빛을 방출하게 되는 원리입니다.
pre-pulse 한번, main pulse 한번 이렇게 총 2번으로 plasma 를 발생시켜야 하다보니 이런 레이저 제어 능력이 매우 중요합니다. 그리고 EUV 는 공기중에도 잘 흡수되기 때문에 설비 내부는 초진공으로 유지하는 능력 역시 중요하죠.
이런 EUV 는 설비의 전체적인 부분으로 보면 위와 같아요. CO2 레이저에서 조사된 빛이 주석 방울과 부딪쳐 EUV 를 방출하며, 사방으로 흩어진 EUV 는 Collector 를 통해 한 점으로 모이게 됩니다. 이후 illuminator → Reticle → projection optics 를 지나 wafer 에 도달하게 됩니다. 물론, EUV 특성 상 짧은 파장에 의해 렌즈에서는 에너지가 흡수되는 탓에 렌즈 대신 모두 거울을 사용합니다.
ASML 의 기술발전 로드맵
포토 공정에서 흔히 쓰이는 해상도 공식은 레일리 공식입니다. 해상도는 즉, 최소 가능한 패터닝 수준을 결정하게 됩니다. 낮을수록 좋으며, k1 (process, resist/mask, 시스템 관리 숙련도 등의 공정변수), 람다 (파장), NA (렌즈 수차) 이 3가지에 의존하게 되죠.
EUV 이전까지만 해도 해상도 개선을 위해 NA 와 k1 을 바꿔왔으나 결국 한계에 도달해 EUV 로 파장 자체를 바꾸게 되었어요. 그러나 파장을 바꾸게 됨으로써 NA 는 낮아지고 k1 은 높아지게 되었죠. 때문에, NA 와 k1 optimization 을 통해 EUV 기술을 더욱 발전시킬 수 있는 상황이라 볼 수 있습니다.
실제, ASML 은 로드맵을 통해 k1 과 NA 변화를 목표로 하고 있습니다. 그러나 k1 으로는 0.25 정도로 한계가 있는 만큼 4th generation 에서는 NA 를 높여 해상도를 개선하고자 하고 있죠.
총평
이번 포스팅 역시 재밌게 보셨으면 해요. 제가 포토 공정은 기본적인 내용만 알아서 사실 공부를 조금 하긴 했지만, EUV 라는 기술의 로드맵을 보니 미래 모습이 그려지는 듯하네요. EUV 에 대해 지금껏 궁금하셨던 내용이 해소됐으면 하며 오늘도 좋은 하루되세요.
늘 그렇듯 하나의 포스팅에는 정확한 정보전달을 위해 노력이 들어가야 하기에 자주 올리기는 힘들 거 같아요. 그래도 시간이 난다면 계속 써보고 싶네요. 감사합니다.
'반도체' 카테고리의 다른 글
| [삼성전자] DS부문 반도체연구소 영상으로 접하고 Q&A 보기! (0) | 2022.05.02 |
|---|
