1억분의 1나노 반도체를 만드는 핵심 공정.jpg

현재 미국 테슬라에서 xAI와 인텔이 협약해서 테라팹 프로젝트를 진행하는데,
EUV말고 FEL-EUV를 사용하기로 했어.
입자가속기를 이용해서 파장의 길이를 14나노에서 0.1나노까지 줄이는거지.
사실 파장의 크기가 입자의 해상도를 결정하는 것은 아니야.
반도체에서 웨이퍼를 노광공정으로 그려내기 전에 마스크에 빛을 쏘아야 하는데,
마스크에 빛이 닿아 반사되어 오는 과정에서 빛의 파장이 짧을수록 해상도가 높았던거야.
왜냐면 빛을 다시 렌즈와 거울로 모아 웨이퍼에 그려내야하기 때문이지.
왜냐면 마스크에 닿아 반사되는 빛이 겹쳐지는게 줄어들면서 생긴 일인데,
파장의 길이가 짧아질수록 더 작은 마스크를 더 선명하게 그릴수있는거는 맞지.
가령 14나노의 빛에 가장 이상적인 마스크의 크기가 10CM X 10CM에 2나노 마스크라면
0.1나노 파장의 빛은 10CM X 10CM 0.01나노까지 해상도가 높게 나오는거야.
그런데 진짜 핵심 공정은 바로 빛의 크기를 줄여주는건데,
가령 14나노의 EUV 빛을 가지고 10CM X 10CM 2나노 마스크에 빛을 쏘아
반사된 빛을 마지막에 빛의 밀도를 낮춰주는 렌즈필터 1/100만을 통과시킨뒤,
축소배율 렌즈를 통과해, 마스크에 현상하게 되면 0.01CM 뒤로 빛을 밀었는데
웨이퍼에 그려내는게 1/100만배가 작아지는거야.
빛의 파장을 줄이는데는 한계가 있기 때문에,
빛의 파장을 줄이는게 아니라, 빛의 밀도를 낮추고 높은 축소배율의 렌즈를 통과시켜 빛의 크기를 줄이는거지.
빛의 파장이 작아질수록 마스크에 닿은 빛을 해상도를 높게 모을수있는데,
웨이퍼에 그려낼때는 빛의 파장의 길이보다 빛의 크기를 줄일수있어야돼.
현재 ASML에는 빛의 크기를 줄이는 공정이 들어가있지 않고, 마스크의 크기를 줄여서
최종적으로 현상하는 반도체의 크기를 줄이도록 만들어져있는데,
진짜 핵심 기술은 파장을 줄이는게 아니라 빛의 크기를 줄이는거야.
빛의 크기가 0.0001나노 크기일때 파장이 14나노인것과 빛의 0.1나노 크기일때 파장이 0.1나노인거랑
웨이퍼에 현상되는 크기는 빛의 크기가 작을수록 더 뛰어나지.
빛을 축소하는데에는 한계가 없지만, 확대하는데에는 한계가 있어.
그런데 파장을 줄이면 어떤게 좋을까?
가령 마스크의 집적률을 높여서 2나노가 아니라 0.02나노의 크기로 마스크의 집적률을 100배까지 높인 마스크를 만들었어.
이거를 14EUV로 쏘게 되면 해상도가 나쁘게 나오는데, 0.1나노 입자가속기 EUV로 쏘면 해상도가 높게 나온다는거지.
그러면 14EUV로 0.02나노 마스크의 집적률을 높이는 방법은 없을까? 없는건 아닌데,
마스크가 단면이 아니라 3D 형식으로 만들어서, 14EUV의 빛이 닿아 반사되어 퍼졌을때 빛이 간섭없이 퍼져
일정 지점에서 그 빛을 거울로 모아 하나로 만들어서 해상도를 높게 그려내는방식이지.
수백개 수천개의 미세 거울에 반사되어 다시 하나로 빛을 모아주는 고도의 과정이 필요한거야.
나중에 마스크의 집적도가 1억분의 1나노정도로 초고도화 될때는 마스크가 지금처럼 단면이 아니라
3D형식으로 가서,구의 형태의 마스크에 빛을 쏘아 산란된 빛을 모아 그려내는거지.
그런데 재미있는것은 14 EUV로 2나노 반도체를 그려낼때 해상도가 80%가 그려지는데,
14EUV로 0.1나노 반도체를 그리자 해상도가 30%로 떨어진거야.
그런데 0.01나노 반도체로 가자 50%로 높아질수도있는데,
그 이유는 빛이 렌즈필터를 통과하고 축소되는 과정에서 마스크에 반사되지 않았던 빛이 있던 자리를 다른 빛이 체우면서
해상도를 뽑아내는거지. 그리고 식각하고 그 공간을 다시 체우고 또 동일하게 식각하고 일정한 크기로 절단하면
빛이 A 지점에는 30% 새기로 B지점에는 70%새기로 식각해서 파낸 깊이가 달라도 같은 깊이로 파낸것처럼 만들수있어.
그리고 이 반도체를 적층으로 독립적으로 만들어 필름 겹치듯이 겹쳐서 완성하는거지.
그리고 마스크를 10CM X 10CM가 아니라 100CM X 100CM로 10배 크기로 만들면 집적률을 100배 더 높일수있어.
그 빛을 모아서 렌즈 필터를 통과시켜서 빛의 밀도를 낮춰주고 축소배율 렌즈를 통과시켜 현상하는거야.
그러면 빛을 더 작게 그릴수있어.
그런데 0.1나노 크기의 반도체를 만들려면 반도체 물질이 필요한데,
중성미자처럼 빛의 크기가 너무 작으면그냥 빛이 통과해버리는거야.
그래서 감광액에 중성미자 크기의 빛을 분사해서 형체를 만드는게 중요한거지.
중성미자의 파장의 길이는0.0012 nm야. FEL-EUV보다 100배 파장이 짧아.
그 만큼 투과력이 좋지.
1/100만배의 크기로 줄인 빛으로 현상된 마스크의 반도체 소자중 98%가 작동하지 않고 2%만 작동한다고 해도,
단위면적당 집적률은 2나노 반도체보다 수천배 높고, 에너지 효율은 수백배 좋아질수있어.
잠재력이 큰 기술이라고 할수있지.