Coherent 반도체 제조 솔루션: EUV 리소그래피
Coherent는 첨단 레이저, 소재 등으로 고급 마이크로프로세서 생산을 지원합니다.
2024년 10월 17일, Coherent
글로벌 반도체 산업은 폭발적인 성장 과정에 있으며, 2030년까지 1조 달러 규모의 엄청나게 큰 시장이 될 것으로 예상됩니다(2023년에는 5,000억 달러 이상). 이러한 확장세는 주로 마이크로프로세서의 지속적인 소형화와 성능 증대에 의해 촉진됩니다. 모든 세대에서 더 작고 강력해진 칩은 완전히 새로운 기술을 실현하고 기존 응용 작업의 비용도 절감합니다. 칩 기술의 개선은 새로운 제품과 서비스로 이어지고, 이에 따라 발전된 반도체에 대한 수요가 더 늘어나는 “선순환”이 형성됩니다.
오늘날 이러한 수요의 대부분을 주도하는 주요 산업이 몇 가지 있습니다. 그 중 하나는 자동차 산업인데, 자동차가 바퀴 달린 스마트폰이 되어 상당한 양의 컴퓨팅 능력을 통합하고 있습니다. 성장을 촉진하는 또 다른 분야는 고성능 컴퓨팅입니다. 고성능 컴퓨팅은 주로 인공 지능(AI)과 클라우드 컴퓨팅에 대한 증가하는 요구를 충족합니다. 이러한 시장과 더불어, 5G 네트워크의 확산과 함께 무선 인프라가 나타나게 됩니다.
마지막으로 마이크로프로세서는 공장 자동화, 물류 등과 같은 산업 시장에서 큰 역할을 합니다. 이 시장은 소비재 관련 시장에 비해 성장이 비교적 더디지만 반도체 시장에서는 매우 안정적이고 지속 가능성이 있습니다.
Coherent는 수십 년 동안 반도체 제조 및 장치 패키징에 필수적인 레이저, 광학 장치 및 소재를 공급해 왔습니다. 어떤 경우에는 Coherent 기술이 마이크로일렉트로닉스 제조에서 핵심적인 역할을 했습니다.
그리고 이 시장에서 Coherent의 연관성은 훨씬 더 커질 가능성이 높습니다. 방금 언급한 동향을 뒷받침하려면 회로 크기가 줄어들어야 하고, 회로를 제조, 조립, 검사하는 데 필요한 도구는 더욱 정확하고 정교해져야 하기 때문입니다. 이 점은 Coherent에게 더 큰 기회가 되는데, 제조 정밀도를 높이고 처리량을 개선하는 기술을 갖추고 있기 때문입니다.
이 블로그에서는 Coherent 제품이 반도체 제조의 가장 기초적인 단계인 마이크로리소그래피의 발전을 어떻게 지원하는지 구체적으로 알아보겠습니다.
극자외선(EUV) 리소그래피
반도체 제조의 핵심 공정인 리소그래피는 마스크에서 실리콘 웨이퍼의 감광 층으로 회로 패턴을 투사하여 실제 장치(예: 트랜지스터) 구조를 만드는 과정을 포함합니다. 기존 반도체 리소그래피는 248nm 또는 193nm에서 작동하는 엑시머 레이저로 완성됩니다. 이러한 레이저는 산업을 "10nm 노드"(노드는 피처 크기가 더 작은 칩 세대와 관련된 용어)로 이끌었습니다. 하지만 피처 크기가 훨씬 더 작아질 수 있는 소형 노드로 전환하려면, 기본 물리학에 따라 더 짧은 파장의 빛이 필요합니다.
극자외선 리소그래피(EUV)는 이 분야에서 중요한 발전을 나타냅니다. EUV 리소그래피는 약 13.5nm 파장의 빛을 사용합니다. 이를 이용해 칩 제조업체는 7nm, 5nm, 3nm, 2nm 노드에 도달할 수 있었습니다.
이러한 EUV 광을 생성하기 위해 고출력 적외선 CO₂레이저는 작고 용융된 주석의 흐름에 빛을 비춥니다. 레이저는 주석을 증발시키고 플라즈마(전자가 원자에서 제거되는 가스)를 형성합니다. 이 플라즈마가 EUV 광을 방출합니다.
이 파장에서 빛을 생성하고 전달하는 과정은 모두 복잡하고 어려우며, 엄청난 수준의 정밀도와 극한 조건에서의 신뢰할 수 있는 작동이 요구됩니다. 후자가 중요한 이유는 반도체 제조 공장의 가동 중단으로 인해 시간당 수십만 달러 또는 심지어 수백만 달러의 비용이 발생할 수 있기 때문입니다.
Coherent는 다이아몬드 창, 레이저 변조기, ZnSe 레이저 광학 장치를 포함하여 많은 EUV 리소그래피 도구용 광학 장치를 공급합니다.
EUV 리소그래피용 광학 장치
EUV 리소그래피 도구의 CO₂레이저와 빔 전달 시스템은 렌즈 및 거울과 같은 많은 광학 구성 요소를 포함하고 있습니다. 물론 Coherent(구 II-VI)는 1970년대부터 적외선 광학 분야의 시장 선도 업체였습니다. 적외선 광학은 Coherent의 설립 기반이 된 기술이므로 Coherent만큼 이 기술을 잘 아는 기업도 없습니다. Coherent가 최대의 EUV CO₂레이저 시스템용 CO₂레이저 광학 공급업체인 이유입니다.
EUV 시스템의 또 다른 중요한 광학 기술은 다이아몬드 창입니다. 다이아몬드 창은 레이저 시스템 내에서 다양한 모듈을 환경적으로 밀봉하는 동시에 매우 고출력 CO₂레이저 광이 감쇠되지 않고 통과하도록 하기 위해 필요합니다.
이 파장과 EUV 시스템에서는 ZnSe 창이 일반적으로 사용되지만, 극단적으로 까다로운 위치에서는 여러 가지 이유로 다이아몬드가 선호됩니다. 주된 이유는 매우 높은 전력 수준에서도 열 렌즈 효과가 낮기 때문입니다. 열 렌즈가 유발하는 빔 왜곡, 수차, 초점 위치 변화는 모두 시스템 성능을 저하시킵니다.
또한 다이아몬드는 열팽창 계수(CTE)가 낮고 경도가 매우 높다고 알려진 소재 중에서 가장 높은 열전도율을 가지고 있습니다. 즉, 다이아몬드는 왜곡이나 열화를 최소화하여 레이저 빔의 높은 출력을 처리할 수 있습니다. 그리고 레이저 광을 흡수하여 유발되는 열을 견뎌내고 효율적으로 소산할 수 있습니다.
Coherent는 수직적 통합 제조업체이기 때문에 이러한 큰 면적의 다결정 다이아몬드 창을 선도적으로 공급합니다. 자체 독점 설계 및 공정 기술을 바탕으로 하는 리액터에서 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 다이아몬드를 성장시킵니다. 이 기술은 EUV 리소그래피 시스템 창에 필요한 특성을 정확하게 얻을 수 있는 방식으로 크리스탈 성장을 제어할 수 있습니다.
EUV 리소그래피용 구조 부품
Coherent는 반응 결합 실리콘 카바이드(RB-SiC)와 같은 특수 세라믹 소재로 만든 EUV 리소그래피 시스템용 부품 제조에도 전문성을 갖고 있습니다.
RB-SiC는 기계적 및 열적 안정성이 뛰어나서 검사, 계측, 리소그래피를 포함한 광범위한 반도체 자본 장비 분야에 적합합니다. EUV 광학 시스템을 지지하는 구조의 안정성은 매우 중요하며, RB-SiC 세라믹에서만 가능합니다. RB-SiC는 구조 부품 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
Coherent는 기존 세라믹 제조 공정과 새로 개발된 적층 제조 기법을 모두 사용하여 RB-SiC를 생산합니다. 이러한 방법을 사용하면 마무리가 거의 필요 없는 정밀 정형으로 크고 복잡한 모양도 생산할 수 있습니다.
Coherent: 혁신과 성공을 위한 파트너
지금까지 Coherent 제품이 반도체 도구 제조업체가 요구하는 혁신적인 기술과 고성능이 결합된 기능을 어떻게 제공하는지 살펴봤습니다. 하지만 다른 회사들도 고성능 제품을 제작하고 있습니다. 고성능 제품 이외에도 고객이 Coherent를 찾는 이유가 있습니다.
그 중 하나는 소유 비용입니다. 반도체 비즈니스에서 제품과 관련된 운영 비용은 원래 구매 가격보다 사용자에게 더 중요한 경우가 많습니다. 여기에는 몇 가지 이유가 있습니다.
첫째, 이전에도 언급한 가동 중지 시간입니다. 반도체 생산 라인에서는 잠시라도 예상치 못한 가동 중단이 발생하면 엄청난 비용이 발생할 수 있습니다. 따라서 신뢰성과 가동 시간은 사용자의 비용을 절감하고 자체 생산 일정을 지킬 수 있도록 보장하는 필수 요소입니다.
둘째로, 운영 일관성과 안정성입니다. 반도체 제조에는 여러 단계가 있습니다. 이러한 단계 중 하나에서 장비 작동에 변동이 생기면 생산되는 회로의 특성을 즉시 인지하지 못할 수 있는 방식으로 변경할 수 있습니다. 즉, 제조업체는 문제가 발견되기 전에 얼마 동안 불량 부품을 생산할 수 있습니다. 이는 폐기 부품이나 재작업으로 이어지며, 둘 다 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다.
결과적으로, 도구 제조업체는 자체 기술에 대한 심층적인 전문성을 입증하고 오랜 성공 사례를 보여주는 공급업체를 우선시합니다. 사양을 충족하고, 정시에 납품하고, 까다로운 반도체 제조 환경에서 매일 일관성 있게 성능을 발휘하는 제품을 생산하는 회사와 협력하고 싶어합니다. Coherent는 수십 년 동안 기대치를 뛰어넘은 입증된 실적을 바탕으로 이러한 측면에서 뛰어난 역량을 보유하고 있습니다.
기술 변화가 가속화됨에 따라 또 다른 요인도 나타납니다. 반도체 도구 제조업체는 상당한 내부 리소스와 운영 규모를 보유하고 있으며 기술에도 상당한 투자를 진행할 수 있는 공급업체를 원합니다. 점점 더 소형화되는 회로를 제조하는 데 필요한 지속적인 혁신을 따라가기 위해 필요한 투자입니다.
Coherent 고객은 Coherent가 고객 요구에 맞는 서비스를 장기적으로 제공할 것임을 확신할 수 있습니다.
또한 고객들은 공급업체가 수십 년 동안 사업을 계속할 가능성이 높고, 적시에 서비스를 제공하고 예비 부품을 공급할 것이라는 확신을 얻고 싶어합니다. 그리고 필요한 서비스를 언제 어디서나 즉시 제공 받기를 원합니다. Coherent의 규모와 안정성, 그리고 광범위한 글로벌 서비스 인프라는 고객에게 현재와 미래에 모든 측면에서 서비스를 제공 받게 될 것이라는 확신을 갖게 합니다.
반도체 산업용 Coherent 제품 및 서비스에 대해 자세히 알아보십시오.
