중국 스타트업, DUV 노광 공정 없이 광학 칩 생산 가능하다고 주장하며 나노임프린트 공정으로 비용 90% 절감 발표 — 기존 광학 노광 공정

중국의 반도체 스타트업인 Prinano는 업계 표준 노광 (lithography) 장비를 사용하지 않고 광학 칩 (photonic chips)의 양산 검증에 성공했다고 발표했습니다. SCMP 보고서에 따르면, 이 회사는 6월 5일 금요일 WeChat 게시물을 통해 Shenzhen Litra Technology와의 협력을 통해 8인치 광학 칩 웨이퍼를 제작했다고 밝혔습니다. 회사는 심층 자외선 노광 (DUV, deep-ultraviolet lithography)의 필요성을 "완전히 배제"하면서 이를 달성했다고 말했는데, 이는 수출 제한 대상인 ASML 노광 장비에 대한 의존도를 낮추려는 중국의 노력에 있어 중요한 돌파구입니다.

Prinano는 기존의 광학 노광 공정 대신 자사의 PL-AS 진공 에어 쿠션 나노임프린트 노광 (NIL, nanoimprint lithography) 시스템을 사용했다고 밝혔습니다. 회사 측에 따르면, 이 시스템은 광학 칩의 웨이퍼 레벨 생산을 지원하는 동시에 제조 비용을 기존 DUV 기반 공정의 약 10분의 1 수준으로 줄일 수 있습니다.

현대의 칩은 일반적으로 빛을 사용하여 실리콘 웨이퍼에 회로 패턴을 투영하는 매우 정교한 DUV 또는 더 진보된 EUV (extreme ultraviolet, 극자외선) 시스템을 사용하여 생산됩니다. 이러한 장비들은 역사상 가장 복잡한 광학 시스템을 포함하고 있으며 수억 달러의 비용이 들 수 있습니다. 나노임프린트 노광 (Nanoimprint lithography)은 매우 다른 접근 방식을 취합니다. 빛을 사용하여 패턴을 투영하는 대신, 특수하게 준비된 레지스트 (resist) 층에 나노 규모의 구조를 물리적으로 눌러 찍음으로써, 기본적으로 미세한 패턴을 웨이퍼 표면에 직접 스탬프로 찍어내는 방식입니다. 이 공정은 기존 노광 장비에 필요한 값비싼 광학 시스템 중 상당수의 필요성을 제거합니다.

나노임프린트 리소그래피 (Nanoimprint lithography)는 낮은 비용과 매우 높은 패턴 해상도(pattern resolution)의 잠재력 덕분에 오랫동안 기존의 광학 리소그래피 (optical lithography)를 대체할 수 있는 잠재적 대안으로 간주되어 왔습니다. 하지만 이러한 유망함에도 불구하고, 결함률 (defect rates), 템플릿 마모 (template wear), 처리량 (throughput), 그리고 생산 수율 (production yields)에 대한 우려로 인해 반도체 제조 분야에서 광범위한 채택을 달성하는 데 어려움을 겪어 왔으며, 이 모든 요소는 대량 생산 (high-volume manufacturing) 환경에서 점점 더 중요해지고 있습니다.

2017년에 설립된 Prinano는 지난 몇 년 동안 자체적인 나노임프린트 리소그래피 (nanoimprint lithography) 생태계를 개발함으로써 이러한 한계들을 극복하기 위해 노력해 왔습니다. 이 회사는 2025년에 중국 최초의 반도체 나노임프린트 리소그래피 시스템을 국내 고객에게 인도했다고 발표하며 중요한 진전을 이루었으며, 이는 기술 상용화를 위한 초기 노력을 나타냅니다.

회사의 최신 발표에 따르면, 이들은 장비 개발 및 파일럿 배포 단계를 넘어 진전했을 가능성이 있습니다. Prinano에 따르면, 자사의 PL-AS 진공 에어 쿠션 (vacuum air-cushion) 나노임프린트 리소그래피 플랫폼은 웨이퍼 레벨 압력 제어 (wafer-level pressure control), 맞춤형 이중층 임프린팅 재료 (customized double-layer imprinting materials), 그리고 10나노미터 미만 (sub-10-nanometer)의 피처 (features)를 생성할 수 있는 독자적인 공정 기술을 통합하고 있습니다. 회사는 이제 이러한 개발을 통해 8인치 웨이퍼 상에서 웨이퍼 스케일 (wafer-scale) 광학 칩 (photonic chip) 생산의 성공적인 검증을 완료했다고 주장합니다.

중요한 점은, Prinano가 최첨단 프로세서나 AI 가속기 (AI accelerators)의 생산을 대체하려는 것이 아니라는 점입니다. 대신, 회사의 발표는 전기 신호 대신 빛을 조작하는 반도체 범주인 광학 칩 (photonic chips)에 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 장치들은 광섬유 통신 (fiber-optic communications), 데이터 센터 상호 연결 (data center interconnects), 센싱 시스템 (sensing systems), 그리고 LiDAR 기술에 널리 사용됩니다.

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광학 칩 (Photonic chips)은 도파로 (waveguides), 격자 (gratings), 링 공진기 (ring resonators)를 포함한 많은 핵심 구조가 임프린팅 (imprinting) 기술을 통해 효율적으로 복제할 수 있는 반복적인 나노스케일 패턴으로 구성되어 있기 때문에 나노임프린트 리소그래피 (nanoimprint lithography)에 특히 적합한 것으로 간주됩니다. 이러한 특성 덕분에 광학 칩은 결함률과 정렬 요구 사항이 훨씬 더 까다로운 첨단 로직 칩 (logic chips)보다 나노임프린트 리소그래피 (NIL)의 더 실용적인 단기 적용 분야가 됩니다.

또 다른 주목할 만한 세부 사항은 8인치 웨이퍼 (8-inch wafers)의 사용입니다. 최첨단 프로세서들이 점점 더 큰 12인치 웨이퍼에서 제조되고 있는 반면, 8인치 웨이퍼는 화합물 반도체 (compound semiconductors) 및 전력 전자 (power electronics)와 같은 특수 분야에서 여전히 널리 사용되고 있습니다. 전체 8인치 웨이퍼에서의 생산을 입증한 것은 이 공정이 실험실 규모의 시연을 넘어 상업적 제조와 더 호환되는 형식으로 이동했음을 시사합니다.

또한 이번 개발은 지속적인 수출 제한 속에서 대안적인 반도체 제조 경로를 찾으려는 중국의 광범위한 노력을 강조합니다. EUV 및 DUV에 필수적인 ASML의 첨단 리소그래피 장비에 대한 접근이 미국 주도의 통제 하에 점점 더 제한됨에 따라, 중국 기업들은 첨단 패키징 기술부터 새로운 칩 아키텍처 및 새로운 제조 방법에 이르기까지 다양한 대안적 접근 방식을 탐색하고 있습니다. Huawei는 최근 제한된 EUV 리소그래피 장비에 의존하지 않고도 고성능 프로세서를 개발할 수 있는 새로운 LogicFolding 칩 아키텍처를 발표했습니다.

Prinano의 발표에 대해서는 여전히 중요한 의문들이 남아 있습니다. 해당 주장이 양산 과정에서 검증되었다고는 하나, 회사는 생산량, 수율 (yield rates), 결함 밀도 (defect densities), 고객 출하 데이터 또는 독립적인 제3자 검증을 공개하지 않았습니다. 이러한 지표들은 반도체 제조 기술이 단순히 기술적으로 가능한 수준을 넘어 상업적으로 생존 가능한지를 판단하는 데 매우 중요합니다.

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Etiido Uko는 빅테크 및 PC 산업의 최신 업데이트를 다루는 Tom's Hardware의 뉴스 기고자입니다. 그는 기계 공학자이자 9년 이상의 문서화 및 리포팅 경력을 가진 시니어 테크니컬 라이터 (Senior Technical Writer)입니다. 그는 공학 및 기술의 모든 분야에 깊은 열정을 가지고 있으며, 가젯 (Gadgets), 제조 (Manufacturing), 로보틱스 (Robotics), 자동차 (Automotive), 항공우주 (Aerospace) 분야의 전문가입니다.