포토 리소그래피 세대별 비교 요약

포토 리소그래피는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 위에 초미세 패턴을 형성하는 핵심 기술입니다. 기술의 발전은 반도체 소자의 집적도와 성능을 지속적으로 향상시켜 왔습니다. 아래는 포토 리소그래피의 세대별 비교와 주요 특징입니다.

1. DUV (Deep Ultraviolet) 리소그래피

개요: 딥 자외선(DUV, Deep Ultraviolet)은 자외선(UV) 중에서도 100~300 nm 파장 범위에 속하는 빛을 말합니다. 이는 가시광선(400~700 nm)보다 짧은 파장을 가지며, 높은 에너지를 특징으로 합니다.

반도체 제조에서 DUV는 웨이퍼에 패턴을 형성하는 데 사용되는 핵심 기술입니다.

193 nm ArF(불화아르곤) 레이저: 첨단 공정에 사용되며, 침지 리소그래피와 같은 기술로 20 nm 이하의 미세 공정을 구현합니다.

248 nm KrF(불화크립톤) 레이저: 상대적으로 구형 공정에 사용되며, MEMS 및 전력 반도체 등 특정 응용 분야에서 여전히 중요합니다.

현재의 역할:

DUV는 고도화된 공정(5 nm 이하)에서도 여러 레이어를 처리하는 데 여전히 필수적입니다. EUV(극자외선) 기술이 첨단 공정을 주도하는 반면, DUV는 대량 생산과 기존 공정에 필수적인 기술로 자리 잡고 있습니다.

장점:

상대적으로 낮은 제조 비용.

안정적인 기술로 현재도 일부 공정에서 사용.

제약:

파장의 한계로 인해 고해상도 구현이 어려움.

10nm 이하 공정에서는 활용 불가능.

2. ArF Immersion (침지식 리소그래피)

개요: 193nm ArF 기술에 물(물질의 굴절률을 증가시키는 매개체)을 추가해 해상도를 개선한 기술.

등장 시기: 2000년대 중반.

주요 공정: 45nm ~ 10nm 공정에 주로 사용.

장점:

침지 기법으로 유효 해상도가 약 1.35배 향상.

193nm 파장 기반에서도 높은 정확도 유지.

제약:

복잡한 공정으로 비용 증가.

극미세 패턴 한계로 인해 다음 세대 기술이 요구됨.

3. EUV (Extreme Ultraviolet) 리소그래피

개요: 13.5nm 파장의 극자외선을 사용하는 최신 기술.

등장 시기: 2010년대 후반 도입, 7nm 이하 공정에서 상용화.

특징:

기존보다 짧은 파장을 통해 더 미세한 패턴 생성 가능.

단일 노출로 7nm 이하 공정을 구현 가능.

장점:

공정 단순화로 인한 생산성 향상.

3nm, 2nm 공정에서도 사용 가능.

제약:

매우 높은 장비 비용 (EUV 장비 한 대 가격 약 1억 5천만 달러).

높은 유지비와 엄격한 환경 조건 필요.

한정된 공급망 (주요 공급업체: ASML).

4. 미래 기술: 하이 NA EUV

개요: EUV의 고수율(High Numerical Aperture) 버전.

등장 시기: 2020년대 후반 상용화 예상.

특징:

0.55 NA 렌즈를 사용해 2nm 이하 공정 가능.

EUV보다 높은 해상도와 더 나은 생산성 제공.

기대 효과:

차세대 1.5nm 이하 노드에서 필수적인 기술.

3D 패키징 기술과 결합해 활용 가능.

 

비교 요약

기술 세대 사용 파장 주요 공정 범위 특징 및 활용

KrF	248nm	0.25µm ~ 0.13µm	초기 미세 공정, 저비용
ArF	193nm	90nm ~ 65nm	고해상도, 경제성
ArF Immersion	193nm	45nm ~ 10nm	침지식 기술로 해상도 증가
EUV	13.5nm	7nm ~ 2nm	극미세 공정 가능, 높은 비용
하이 NA EUV	<13.5nm	2nm 이하	차세대 기술, 더 나은 해상도

 

TSMC, 삼성전자 등 주요 업체의 활용

TSMC:

3nm 공정에서 높은 수율을 확보.

EUV 공정을 가장 먼저 상용화하며 선두를 유지.

 

삼성전자:

하이 NA EUV 기술로 격차를 줄이는 전략.

EUV 공정을 적극 도입했으나 초기 수율에서 어려움을 겪음.

 

인텔:

EUV 도입 속도는 느렸지만 2nm 이하 공정에 집중.

 

포토 리소그래피의 발전은 반도체 소자의 집적도 향상과 Moore's Law 지속 가능성을 좌우하는 핵심 요소입니다. 향후 하이 NA EUV와 새로운 광원 개발이 반도체 제조에서 중요한 역할을 하게 될 것입니다.