무르익는 삼성전자 EUV, 핵심설계 방향은 ‘경제성’

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삼성전자가 극자외선(Extreme Ultra Violet, EUV) 노광(露光)을 위한 마스크 검사, 그리고 마스크 보호를 위한 펠리클(Pellicle) 핵심설계를 마무리했다. 내년 초도 생산에 들어가는 7나노 시스템반도체 위탁생산(파운드리)에 적용되며 안정적인 양산은 물론 경제성을 고려해 기존 연구개발(R&D) 성과물과의 궁합을 최우선적으로 고려했다.

23일 업계에 따르면 삼성전자는 EUV 마스크 검사 장비와 펠리클 핵심설계를 마친 것으로 전해졌다. EUV는 반도체 회로를 그리는 포토 리소그래피(Photo Lithography,노광)에 사용하는 '레이저'로 13.5nm의 짧은 파장을 가지고 있다. 현재 널리 사용하는 액체(주로 물)를 이용한 이머전(Immersion, 액침) 불화아르곤(ArF)의 경우 193nm의 파장을 사용한다. 파장이 짧은 만큼 더 오밀조밀하게 회로를 그릴 수 있는 것.

하지만 EUV는 다른 매질(파동을 전달하는 물질,媒質)에 흡수되는 특성을 가지고 있어 기존과 다른 형태로 노광 장비를 만들어야 한다. 투과가 아닌 다층 박막 거울을 통해 빛을 반사시키고, 이런 환경 자체를 진공에서 이뤄지도록 한 것이 대표적이다. 당연히 마스크 검사 방식도 차이가 있다.

삼성전자는 EUV 마스크 검사를 이머전 ArF와 같은 193nm로 진행할 계획이다. 1세대 기술로 EUV와 같은 파장을 사용하면 가장 좋겠지만 관련 장비가 전무한 실정이다. 이는 몇 년 전까지만 하더라도 EUV 상용화가 불확실했기 때문이다. 물론 역사적으로 봐도 마스크 검사에 있어 무조건 노광과 같은 파장을 사용할 필요는 없다.

이머전 ArF가 아닌 전자빔(E-빔)과 화학선(Actinic) 활용도 고려되고 있다. 다만 E-빔은 경제성이 높으나 스루풋(Throughput,처리량)이 떨어지고 효율에서는 화학선이 가장 우수하지만 전 세계에 장비가 1대 밖에 없다. 당분간 이머전 ArF 외에는 해결방법이 없는 셈이다.

마스크 보호를 위한 펠리클은 삼성전자 자체적으로 개발이 이뤄지고 있다. EUV 노광 장비를 개발할 때 처음에는 펠리클에 대한 개념이 없었으나 마스크에서 계속 디펙(Defect,결함)이 발생하다보니 필수적으로 도입이 이뤄졌다. 앞서 언급한 것처럼 여러 단계를 거쳐 빛을 반사시키다보니, 이 빛의 손실을 적게 하면서 반사시켜야 하므로 투과율(90% 이상 요구)이 높아야 하고 250와트(W)의 출력을 잘 견딜 수 있는 구조와 1만장의 웨이퍼 처리를 가능케 하는 수명이 필요하다.

삼성전자 관계자는 '초기에는 그라파이트와 탄소나노튜브를 두고 R&D가 이뤄졌으며 지금은 그라파이트를 기본으로 채택하기로 했다'며 '블랭크 마스크(회로가 그려지지 않은 마스크)는 호야와 아사히글라스에서 개발이 끝났고 수율만 개선하면 될 것'이라고 설명했다.

또한 'EUV 시대에서 최우선적으로 고려되는 것은 경제성으로 기술 유무보다는 이머전 ArF보다 저렴하냐 그렇지 않느냐가 무척 중요하다'며 '마스크 검사에 있어서는 양이 늘어나면 화학선이 더 유리할 것으로 본다'고 덧붙였다.

<이수환 기자>shulee@ddaily.co.kr

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