요약
⏱ 00:001. 도장 방식이 주목받는 이유
⏱ 00:00캐논은 회로를 빛으로 그리지 않고 도장처럼 눌러 찍는 방식을 내세웁니다. 웨이퍼에 무언가를 대고 찍는 방법은 반도체 업계가 50년 전 불량 문제로 버린 방식입니다. 그런데도 캐논은 14나노미터 수준의 가는 선을 찍으며, 빛 장비보다 훨씬 싼 값을 목표로 합니다.
영상은 업계가 왜 빛을 고집했는지, 그리고 캐논이 왜 이 방법을 다시 꺼냈는지를 차례로 묻습니다.
⏱ 00:472. 마스크 방식에서 빛 노광으로
⏱ 00:47회로는 마스크를 통해 빛을 쏘아 감광액에 무늬를 옮기고, 그 무늬대로 아래층을 깎는 과정을 수십 번 반복해 만들어집니다. 1960년대에는 마스크를 웨이퍼에 맞대고 찍었지만, 마스크가 감광액을 긁어 손상시키고 먼지가 다음 웨이퍼에도 그대로 찍혀 불량이 쏟아졌습니다. 그래서 1973년 이후에는 마스크를 떼어 놓고 거울과 렌즈로 빛만 보내는 방식이 자리 잡았습니다.
이후 업계는 빛의 파장을 계속 줄여 더 가는 선을 그렸고, 그 끝에 녹은 주석 방울로 빛을 만드는 EUV 장비가 나왔습니다. 파장이 짧아질수록 장비 값은 수천억 원까지 올라갔습니다.
⏱ 01:593. 나노임프린트의 재등장과 열 문제
⏱ 01:591995년 미국 미네소타대의 스티븐 초우 교수는 파장을 줄이는 대신 무늬 틀을 눌러 찍는 방법을 시도했습니다. 얇은 아크릴을 데운 뒤 틀을 꾹 눌러 25나노미터 구멍을 만들었고, 이를 나노임프린트라고 부릅니다. 도장은 틀에 새긴 만큼 찍히므로 빛의 파장에 묶이지 않는다는 장점이 있습니다.
다만 데우고 누르는 과정에서 열과 힘 때문에 틀과 웨이퍼가 늘어나고 비틀려 정렬이 어려웠습니다. 1999년 텍사스대 연구진은 열 대신 자외선을 쬐면 굳는 액체를 쓰고, 도장을 투명한 석영 유리로 만들어 아래층을 보며 맞출 수 있게 했습니다.
⏱ 03:414. 채우기: 방울과 공기 빼기
⏱ 03:41도장을 찍으려면 칸마다 액체를 먼저 채워야 하는데, 무늬가 빽빽한 곳과 성긴 곳의 홈 양이 달라 일정한 두께로 바르기 어렵습니다. 캐논은 잉크젯처럼 방울을 떨어뜨려 홈이 많은 곳에 더 많이 놓는 방식을 택했습니다. 칸 하나에 1만에서 10만 개의 방울을 떨어뜨리는 셈입니다.
방울 사이에 공기가 갇히면 그 자리의 무늬가 비어 버리므로, 도장 가운데를 공기로 살짝 밀어 볼록하게 만든 뒤 가운데부터 닿게 합니다. 액체가 바깥으로 퍼지며 공기를 밀어내는 방식이며, 칸 하나를 채우는 데 1초 남짓이 걸려 속도의 한계가 됩니다.
⏱ 05:345. 지키기: 먼지와 복제 도장
⏱ 05:34도장은 웨이퍼에 직접 닿지 않고 25나노미터도 안 되는 액체층을 사이에 두지만, 그보다 큰 먼지 한 알이 끼면 도장이 그대로 눌러 흠을 냅니다. 흠이 난 도장은 다음 칸에도 같은 흠을 찍어 내므로, 1960년대 마스크가 겪던 문제가 나노 크기로 되풀이됩니다. 액체에 눌러 찍는 특성상 빛 장비처럼 덮개를 씌울 수 없어, 장비 내부를 공장보다 더 깨끗하게 관리합니다.
도장이 상할 때를 대비해 전자빔으로 그린 원본을 따로 보관하고, 원본으로 복제 도장을 찍어 웨이퍼에 사용합니다. 1대1로 찍히는 도장의 오차를 복제에 활용하는 발상입니다.
⏱ 07:016. 맞추기: 도장을 밀고 웨이퍼를 데우다
⏱ 07:01칩은 수십 층을 겹쳐 만들기 때문에 층끼리 정렬이 맞아야 합니다. D램의 14나노미터 선을 찍는 층에서는 허용 어긋남이 3나노미터도 안 될 만큼 작습니다. 아래층 무늬는 열과 공정 과정에서 조금씩 늘거나 비틀리는데, 빛 장비는 렌즈로 크기를 조절할 수 있지만 도장에는 렌즈가 없습니다.
⏱ 08:497. 속도 과제와 상용화 일정
⏱ 08:49도장 장비 한 대는 칸마다 채우기를 기다리느라 한 시간에 웨이퍼 20장 정도를 찍습니다. 캐논은 네 대를 묶어 한 시간에 80장을 목표로 하는데, EUV 장비 한 대가 220장 넘게 찍는 것과 비교하면 속도는 여전히 과제입니다. 첫 응용처로는 같은 무늬가 반복되고 예비 회로가 많은 메모리가 꼽힙니다. 결함 허용 폭이 넓기 때문입니다.
