<시리즈-나노시대 개막>(3);공정·장비기술

나노반도체 상용화에는 첨단 전자·광학·화학 기술이 총 집결된다. 10억분의 1m 크기의 회로선폭을 구현해야 하기 때문에 기존 공정에서 사용되던 기술은 더 이상 적용할 수 없고, 적용한다고 해도 효율성이 크게 떨어져 나노반도체의 의미를 상실하게 된다. 나노반도체 상용화와 가장 밀접한 것은 300㎜ 웨이퍼 공정이다. 300㎜ 웨이퍼는 200㎜ 웨이퍼보다 단위면적당 생산량이 2배 이상 많은 첨단기술이어서 나노반도체 상용화에 필수적인 기술이다.

◈EUV 차세대 리소그래피 부상

나노반도체 상용화에 필수적인 기술이 반도체 공정의 핵심인 리소그래피(노광)다.

리소그래피는 빛에 민감한 감광액(photo resist)을 바른 웨이퍼 위에 빛을 비춰 회로를 형성시키는 반도체의 핵심 공정기술로 일종의 사진기 역할을 담당한다. 리소그래피 구현장비로는 스테퍼·스캐너 등이 사용되고 있으며 반도체 공정구현의 약 70%를 차지하는 핵심요소다.

0.10㎛ 이상의 공정에서는 리소그래피의 광원으로 레이저 기술이 사용되고 있으나 파장폭이 너무 커 나노급 반도체에 적용하는 데는 한계가 있다.

이를 대체해 나노반도체에 사용될 것으로 예상되는 기술이 극자외선(EUV;Extream Ultra Violet)·전자빔투사(EPL;Eletron-beam Projection Lithography)·X레이·이온빔 등이다.

이 가운데 EUV와 EPL은 차세대 리소그래피 기술로 경쟁해왔지만 최근에는 EUV로 무게 중심이 옮겨가고 있다.

EPL이 45㎚급 공정에만 적용될 것으로 보이는 반면 EUV는 32㎚ 공정에까지 적용될 수 있고, EUV 장비개발에 참여하고 있는 업체가 계속 늘고 있기 때문이다.

미국 인텔과 일본 캐논은 EUV 기술개발을 주도하면서 상용화 적용을 눈앞에 두고 있다.

캐논·ASML·니콘 등 외국 반도체 장비업체는 오는 2004∼2005년에 50∼70㎚급 EUV장비를 상용화할 예정이다.

인텔의 션린 초우 기술 및 제조그룹 수석부사장은 미국 새너제이에서 열린 `추계 인텔개발포럼(IDF)' 마지막 날인 지난 12일 EUV기술로 구현한 50㎚ 회로선폭을 선보이면서 나노반도체 상용화를 위해서는 EUV 기술적용이 중요하다고 강조했다.

이같은 차세대 리소그래피 공정기술에는 새로운 감광물질을 필요로 한다.

반도체 업체는 0.13㎛ 공정까지는 파장폭이 193㎚인 크립톤플로라이드(KrF)를 감광제로 사용했지만 나노반도체에서는 파장폭이 172㎚인 아르곤플로라이드(ArF)를 채택할 예정이다.

◈원자층증착(ALD) 관심고조

나노급 미세회로 공정을 구현하기 위해서는 실리콘웨이퍼에 고른 박막형성이 필수적이다.

웨이퍼 박막형성을 위한 장비로는 화학기상증착(CVD)이 있지만 나노급 반도체 적용에는 한계상황에 도달했다.

CVD를 극복하는 것이 ALD로 크기가 옹스트롬(Å) 단위인 원자가 서로 밀어내는 성질을 이용해 웨이퍼 표면에 형성되는 측면과 바닥 부분의 박막 두께 차이를 제로에 가깝게 한다.

원자는 서로 밀어내는 성질을 갖고 있어 다른 원자가 이미 웨이퍼 표면에 내려앉아 있을 경우 다른 자리를 찾게 되고, 이를 통해 박막이 바닥과 측면에 모두 고르게 형성되는 원리를 이용하는 것이 ALD다.

원자단위로 박막이 자동으로 형성되기 때문에 미세한 회로선폭 구현에 적합한 기술로 떠오르고 있는 것이다.

인텔·삼성전자 등은 최근 ALD장치를 이용한 고집적·대용량 반도체 칩 개발에 성공했다고 발표했고, 이를 곧 양산에 적용할 예정이다

<김홍식기자>