‘나노회로 구현의 핵심’ 차세대 리소그래피 기술동향
반도체 웨이퍼에 원하는 회로패턴을 그리는 리소그래피(Lithography) 기술은 사용하는 광원의 파장에 따라 회로패턴의 해상도에 근본적 제한을 받는다.
현재 리소그래피의 광원으로 사용되는 불화아르곤(ArF)은 193nm의 파장으로 인해 나노선폭의 해상도 구현이 어려웠으나, 액침(Liquid Immersion) 리소그래피 기술의 등장으로 불화아르곤을 이용하면서도 최소한 45nm까지의 회로공정이 가능할 것으로 예상되어 활발한 기술개발이 이루어지고 있으며, 미세선폭 22nm이하의 더 높은 집적도 구현을 달성하기 위해 전자빔, 극자외선 및 나노 임프린트법 등 새로운 개념의 기술이 활발히 연구되고 있다.
최근 5년간 차세대 기술관련 국내 특허출원 동향을 보면, 2003년까지는 전자빔을 이용한 출원이 대부분을 차지했으나, 금년에는 전체 55건의 출원 중 기존 시스템을 활용할 수 있는 액침 리소그래피(45%)가 전자빔(25%) 관련기술보다 훨씬 많이 출원되었으며, 극자외선(14%) 및 나노 임프린트법(16%)에 대한 출원도 증가되었다.
2005년 출원인별 국내 출원동향을 보면, 일본과 미국은 액침 리소그래피 기술에 집중하고 있으나 국내기업은 전자빔을 이용하는 기술의 비중이 높은 것으로 나타나고 있다.
차세대 리소그래피를 위한 기술개발이 다각도로 진행되고 있어 기존 시스템과 경쟁할 수 있는 가격과 공정비용을 가진 차세대 시스템이 머지않아 등장할 것으로 예상되는 가운데, 우리나라는 차세대 기술 전반에 걸쳐 연구가 고루 진행되고 있어 국내 기술력에 대한 미래전망을 밝게 해 주고 있다.
<용어 설명>
※ 리소그래피(Lithography)
미세구조를 만드는 방법으로서 먼저 커다란 구조에서 출발하여 이것을 점차 미세한 구조로 잘라내 가는 톱다운(top down) 방법과 원자ㆍ분자로부터 자연계의 섭리에 의하여 미세구조가 자동적으로 형성되는 현상을 이용하는 바텀업(bottom up) 방법이 있는데, 리소그래피는 전자의 대표적 방법으로서 통상 레지스트라고 하는 재료에 먼저 미세 패턴을 만들고, 그것을 다양한 방법으로 반도체 웨이퍼에 전사하여 미세구조를 만들어내는 기술이다.
※ 개구수(Numerical Aperture)=굴절률 × sin α(입사각)으로 표현되는데, 공기의 굴절률이 1이기 때문에 이론상 공기중에서의 개구수는 1을 넘을 수 없다. 개구수가 클수록 보다 많은 광선속(光線束)이 이용되어 상이 더 밝아지며, 근접한 두 점을 식별하는 분해능(分解能)도 커져 매우 작은 물체라도 볼 수가 있다.
※ 극자외선(EUV; Extreme Ultraviolet) 리소그래피는 포토 리소그래피와 동일한 원리로 작동하기 때문에 기존 시스템이 갖는 장점을 이용할 수 있다는 이점이 있으나, 포토 리소그래피에 사용되는 렌즈가 노출광으로 사용되는 극자외선을 투과시키기 않기 때문에 렌즈 대신 거울을 이용하여 빛을 굴절시켜야 한다는 차이가 있고, 고가의 포토 마스크가 필요하다(90nm 공정 시스템의 경우 백만 달러 이상).
※ 극자외선 리소그래피(EUV)와 더불어 가장 유망한 차세대 리소그래피 기술로 평가받고 있는 전자빔 리소그래피(EPL; Electron Projection Lithography)는 전자현미경과 원리가 동일하며, 포토 리소그래피와비교할 때
1)전자빔은 파장이 매우 짧아 해상도의 제한을 받지 않고,
2)자동화를 통한 정밀제어가 가능하며
3) 포토 리소그래피에 비해 초점심도가 깊을 뿐 아니라
4) 마스크 없이 직접 패터닝이 가능하다는 장점이 있다.
※ 나노 임프린트법은 단단한 금형(몰드) 표면에 나노 구조물(Nanostructured pattern)을 새기고 상대적으로 강도가 약한 물질의 표면에 눌러 나노구조물을 반복적으로 복사하는 공정을 수행하는 것이다. 전통적인 인쇄 기술을 응용한 것으로, 대량 생산 잠재력이 높고 포토 리소그래피에 사용되는 마스크에 비해 훨씬 값싸게 패턴 원판을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
※ 전자회로 제작에 임프린트법을 적용하는 데 있어 주요한 이슈는 결함(defect)과 오버레이 정합(overay registration)이라 할 수 있는데, 이들 문제의 미해결이 극자외선 리소그래피나 전자빔 리소그래피에 비해 임프린트법이 덜 주목받는 이유이다.
※ 웨이퍼에 미세선폭의 회로를 그려내기 위해 리소그래피 공정은 더욱 짧은 파장의 광원을 필요로 하게 되는데 이로 인해 다양한 기술적 문제점들이 발생한다.
특허청 개요
특허청은 특허와 실용 신안, 디자인(의장) 및 상표에 관한 사무와 이에 대한 심사, 심판 사무를 수행하는 산업통상자원부 소속 행정기관이다. 대전에 본부를 두고 있다. 조직은 기획조정관, 산업재산정책국, 정보기획국, 고객협력국, 상표디자인심사국, 기계금속건설심사국, 화학생명공학심사국, 전기전자심사국, 정보통신심사국으로 구성되어 있다. 소속기관으로 특허심판원과 특허청서울사무소, 국제지식재산연수원 등이 있다.
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