러시아의 28nm 리소그래피는 언제 만들어지는가? 2024년 3월 15일 심포지엄 최신 정보

 

원저자: Электромозг
게시일: 2024년 3월 15일

 

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뢴트겐선 리소그래프의 새로운 세부 사항이 알려졌다.

 

수일 전 필자는 "러시아 리소그래프를 위한 뢴트겐선 광학"이라는 기사를 기고하였다. 필자는 니주니 노브고로드에서 열린 제28XXVIII회 "나노물리학과 나노전자공학Нанофизика и наноэлектроника" 국제 심포지엄의 시작에 대해 보고하였는데, 우리의 "메인 디쉬" (즉, 뢴트겐선{이하 X선 ─ 역자 주} 광학에 관한) 는 니콜라이 이바노비치 치할로Николай Иванович Чхало가 연설할 예정이었다.

 

해당 기사 말미에 필자는 러시아의 X선 리소그래피에 관한 소식이 나오면 알리겠다고 약속하였다. 그리고 금일 심포지엄의 마지막 날 예정대로 니콜라이 이바노비치 치할로는 "러시아의 고생산성 X선 리소그래피 개발을 위한 로드맵"이라 명명된 발표를 진행하였다.

 

그의 발언 중 무엇이 흥미로웠는가? 몇 가지 지점이 있다.

1. 오늘날 작업은 이하 사진에서 볼 수 있는, 성장하는 공동체인 IFMИФМ뿐만 아니라 다른 곳에서도 수행된다:

 

 

X선 리소그래프 제작 문제를 해결할 수 있는 능력을 갖춘, 기성 과학-기술 기초를 보유한 조직이 이미 존재한다.

 

그건 그렇고, 니콜라이 이바노비치는 "X선 리소그래피"와 "극자외선 리소그래피"가 동일한 기술에 대한 합법적인 이명임을 다시 한 번 명확히 했다. 해외에서는 이 리소그래피를 극자외선이라 칭함이 일반적이나 우리나라에서는 X선이라고 부른다는 점을 필자는 덧붙이고자 한다.

 

자외선 대역의 가장자리인 11-13nm 파장의 복사 특성은 자외선보다는 X선 대역의 특성과 동일하다. 따라서 해당 분야의 연구에는 X선 광학에 대한 지식이 필요하며 X선에 더 전문화된 학자들이 수행한다.

 

따라서 그들의 제안에 따라 이러한 관행이 발전하였지만, 형식적으로 X선과 자외선 대역 사이의 전통적 경계는 10nm라는 사사오입된 수치로 그려졌다. 물론 이는 억지스러운 관습이다. 기실 이 수치 주변부의 파장은 X선의 특성을 지니고 있다.

 

마침, "5G 셀룰러 통신의 위협. 얼마나 실제적인가? 고주파" 기고문에서 필자는 전자기파 대역을 세그먼트로 분할하는 모든 관습을 범위 경계에서 사사오입된 수로 명확히 볼 수 있는 완전한 파장 표를 제공하였다. 따라서 의심의 여지 없이 현상의 물리적 본질에 더 가까운 우리 과학자들의 용어를 사용한다.

 

2. 보고서는 X선 리소그래프를 조립하기 위해 반드시 요구되는 8가지 핵심 기술을 나열하고 우리나라에서 이러한 기술의 준비도를 평가하였다:
   1. 초정밀 X선 광학;
   2. 고효율 X선 광원;
   3. 마스크 (포토템플릿фотошаблон);
   4. 스펙트럼 순화 및 마스크 방호용 고효율 필터, 소위所謂 펠리클;
   5. X선 레지스트 (순수 화학);
   6. 정렬 시스템;
   7. 스캐닝 시스템;
   8. 자동초점.

 

우리는 초정밀 X선 광학에서는 상당히 좋은 기초를 갖추고 있다. IFM RAN에서는 비구면 X선 거울용 기판을 오늘날에 요구되는 수준으로 연마함에 숙련되었으며, 그러한 필요가 발생할 때 실제 리소그래피 기계에서 사용할 수 있도록 이 수준을 Carl Zeiss 회사 수준으로 높이는 법을 알고 있다.

 

거울 증착과 관련하여 IFM RAN은 이를 위해 독자적으로 개발한 8개의 기술 설비를 보유하고 있다. 연구소는 9-30nm 파장대에서 기록적인 거울 반사 계수를 보유하여 이 주제에서 세계 선두를 달리고 있다 (6nm 대역의 경우 연구소에서 유망하지 않은 것으로 간주되어 이에 대한 작업이 더 이상 수행되지 않았으며, 여기에서의 결과도 나쁘지는 않았으나 이제는 외국보다 열위임).

 

고효율 X선 광원 측면에서 IFM RAN은 초음속 크세논 제트를 기반으로 레이저-플라즈마 소스를 개발하였다. 크세논 소스는 "순수한" 것으로 확인되었다. 이러한 소스에 대한 최초의 과학 저널 출판은 2018년에 등장하였으나, 우리는 이미 실용적 결과를 확보하였다.

 

2023년 IFM RAN은 크세논 기반 리소그래피를 위한 10-14nm 파장의 고출력 X선원 프로토타입을 개발하였다. 이 시험대는 현재 조립 중이며 연말께에 출고될 예정이다:

 

 

11.2nm 파장대 크세논 소스는 22kW (향후 50kW)인 ASML의 13.5nm 주석 소스보다 배수로 적은 전력을 필요로 한다는 점은 주목할 만하다.

 

올해 (2024년) 가을 X선 복사 소스의 핵심 요소인 60W 나노초 디스크 레이저의 작업 견본이 연구 목적으로 IPF RAN에서 IFM RAN으로 인계될 예정이다.

 

또한 IPF RAN은 650W 출력의 나노초 디스크 레이저가 오래도록 개발해 왔다. 향후 수 년 내로 출력은 1.2kW로, 또 다른 해에는 2.5kW로 증가할 것이며, 개발자에 따르면 이는 선택한 기술의 한계이나 직렬 X선 리소그래피 기계용 크세논 기반 X선 방사원으로 이용하기에 이미 충분하다.

 

하는 김에, 필자는 일년 전 기고문 "장래 러시아 EUV-리소그래프가 ASML과 같은 13.5nm가 아닌 11.2nm 파장대를 사용하는 이유는 무엇인가?"에서 11.2nm 파장대의 장점을 설명하였다. 유일한 첨삭사항은 마스크리스 (포토템플릿이 없는) X선 리소그래프가 아직 개발되지 아니하였다는 점이다. 필자의 기고문 "NIR 내에서 비非포토템플릿 EUV-리소그래프용 MEMS 제작은 성공하지 못함"에서 그 이유를 확인할 수 있다.

 

반사 마스크 (포토템플릿) 의 경우 마스킹 레이어의 높이로 인한 가장자리 음영 효과와 제조 중 심부 결함 제어 곤란과 같은 몇몇 난점이 존재한다:

 

 

IFM이 마스크리스 (더 정확히는 포토템플릿리스) 리소그래프를 개발할 때 제거하려 시도한 것이 바로 이런 난점이었으나, MEMS와 전반적인 리소그래프 생산능률производительность에서 난관을 겪었다.

 

하기 슬라이드에는 우리가 아직 보유하지 못한 마스크 제조를 위한 기술을 파란색으로, 보유 기술은 연한 녹색으로, 우리가 선도하는 기술을 진한 녹색으로 표시하였다:

 

{번역 ─ 역자 주}
마스크 제조의 핵심 기술과 우리의 기초

• 고생산능률 전자 리소그래피 (NIIIS 최대 110nm);
• 초저 TKLRтемпературный коэффициент линейного расширения 광학 세라믹 기판 제조 기술;
• 무결함 다층 거울 적용 기술 (Mask-blank);
• 초박형 펠리클 제조 기술;
• 소재 체적 마스크 및 광학 상수 계산용 코드;
• 기법 및 진단 기기 복합체:
  • Mask-blank 외부 결함 탐지 방법 및 기구
  • EUV 투과, 반사 계수 및 광학 상수 측정
  • EUV 작동 파장의 고해상도 현미경
  • 결함 수정 장비
  • 마스크에 펠리클을 설치하는 장비

소위 펠리클로 통칭되는 스펙트럼 순화 및 마스크 방호를 위한 고효율 필터 (초박막) 를 사용하는 IPM RAN에서도 상황이 꽤 괜찮아 보인다. 더군다나 X선 리소그래프 개발 시 ASML은 심자외선 기계와 동일한 생산능률을 달성시키려 지독할 정도로 가혹한 조건으로 스스로를 몰아넣었고 그 결과는 기기 비용과 유지보수 비용으로 전가되었다. 우리는 전 세계의 욕구를 충족시키기 위한 초고생산능률 기기가 필요하다는 문제는 없다.

 

ASML 기계에서 엄청난 방사선으로 인하여 2-3주 고작 동안만 사용가능한 고가의 펠리클에 대한 내구성 요구사항을 줄이거나, 이의 수명을 연장함으로 리소그래피 유지보수 비용을 상당부 절감할 수 있다.

 

X선 레지스트에도 갑자기 괜찮은 기초가 생겼다.

 

스캐닝, 정렬 및 자동초점 시스템에 관해서는 기본적으로 아무것도 없다. 러시아에서 이 주제는 지금껏 다루어지지 아니하였다. 그러나 이러한 시스템에 대한 요구사항은 극히 엄격하다:

 

{번역 ─ 역자 주}

• 진공 작동 ∽10^-8 Torr;
• 최소 32×32mm² 면적에서 정렬 정밀도 1.5 (4-5pm);
• 이전移轉 범위 (웨이퍼) ＞ 웨이퍼 ø (＞웨이퍼 2ø TwinScan);
• 이전 속도＞1m/s;
• 자동초점 심도 ＞±1^*mm;
• 초점 정밀도 ＜ 30 nm;
• 기판 및 마스크 정전靜電 클램핑

 

개별 요소에 대한 연구소, 즉 성장할 수 있는 일부가 존재하지만 어떤 것에서는 무無에서 다시 시작하여야 할 것이다.

 

요약하자면, X선 리소그래프 조영造營의 주요 난점은 정렬 시스템, 스캐닝 시스템 및 자동초점이라 할 수 있다.

 

결론적으로, 명료해진 특성을 지닌 X선 리소그래프의 개발 단계에 대한 갱신된 슬라이드를 살펴보자:

 

{번역 ─ 역자 주}
1단계: 알파-머신

• 레이저:
  • λ ＝1.03μm;
  • F ＞10kHz;
  • P_sr ＞1kW;
  • E_im ＞60mJ;
  • t_im ＞1ps
• 3D 스캐너:
  • X, Y 110mm;
  • Z 2mm;
  • 정밀도 ＜10pm
• 레지스트:
  • S ＜25mJ/cm²;
  • 콘트라스트＞3
• 특성:
  • 파장대: 11.2±0.1nm;
  • 개구수: 0.29±0.15;
  • hp 해상도: 30±0.2nm
  • 축소: ×5
  • 마스크 조명장場: 2×3mm²
  • 거울 수: 7개;
  • 콜렉터 입체각: 1.5 sr;
  • X선 출력: IF^*×1.45W
    IF^* ─ 중간 초점, 대물렌즈объектив 챔버의 복사輻射 인입 영역
• 생산능률:
  • W (최종적) ＝시간당 ø 300mm의 웨이퍼 19개;
  • 수동 장입시 W_r ∽3웨이퍼/hr

 

알파-머신은 단순한 프로토타입이 아닌, 시간당 3개 웨이퍼를 수동으로 처리하는 작동하는 프로토타입으로, 프로세서 엔지니어링 샘플을 출고하기에 충분하다. 동시에 아직까지 미비한 정렬 및 스캐닝 시스템의 한계로 인하여 이 단계에서는 90nm 공정기술이 예상된다.

 

{번역 ─ 역자 주}
2단계 및 3단계 ─ 산업을 위한 기계 제조

• 특성:
  • λ =11.2nm±0.1nm;
  • CE Xe^- ＞2%＋;
  • NA ＝0.29±0.15＋;
  • hp 해상도 ＜14nm＋;
  • hp 기준 28-16-12nm＋;
  • 축소 ×4;
  • 마스크 장場 ＞3×125mm²;
  • 거울 수 12개;
  • 필터/펠리클 1＋1;
  • 스캐닝 1D;
  • 레이저 출력 3600W＋;
  • 콜렉터 ＞4sr;
  • 웨이퍼 ø 200/300mm;
  • 정렬 정밀도 3nm＋;
  • 웨이퍼용 로봇;
  • 생산능률 ＞60웨이퍼/hr 및 3단계에서 최대 100웨이퍼/hr
• 과제 및 결과:
  • 리소그래프, 요소 및 시스템 생산과 주문자와의 물류 작업 확립;
  • X선 리소그래피 분야의 연구 및 개발을 위한 부서의 조직

 

이전과 마찬가지로 알파-머신의 제조는 3년 후, 두 번째 단계는 2년후, 세 번째 단계도 2년 후로 예상된다. 즉 IFM RAN의 추정에 의하면 "알파"는 2026-2027년에 등장하고, 2단계 기계는 2028-2029년, 3단계 기계는 2030-2032년에 등장하여야 한다. 본 연도는 IFM RAN이 상황과 역량에 대한 개략적인 추정을 바탕으로 결정한 것이며 "당국의 약속"이 아님을 유의하십시오. 죄송하지만, 일부 이들에게는 이를 명확히 하여야 한다 :-)

 

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결론

 

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