중국 스타트업, 프로토타입 EUV 광원 시연

ASML로부터 EUV 리소그래피(litho) 장비를 조달할 수 없기 때문에 중국은 이러한 시스템을 현지에서 개발해야 합니다. 따라서 때때로 우리는 몇 년에 걸쳐 실제 EUV 스캐너로 발전할 중국의 EUV 관련 '획기적인' 소식들을 접하게 됩니다. 이번 주, 중국 스타트업 Langdao Silex가 출력 전력 15W 이상의 프로토타입 극자외선(EUV) 광원을, 국내 부품 90% 비율로, 그리고 준수한 가동 시간과 함께 시연했습니다. [TrendForce]는 여러 출처를 인용하여 이 회사가 기술을 상업화하는 데 추가로 3년에서 5년이 더 필요할 것이라고 보고했습니다. 하지만 광원만으로는 EUV 스캐너가 될 수 없습니다.

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(Image credit: tsmc)

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중국의 LPP EUV 광원

2024년 칭화대학교 가스 방전 플라즈마 연구소 출신들이 설립한 Langdao Silex는 상하이에서 열린 제26회 중국 국제 산업 박람회에서 EUV 광원 프로토타입을 시연했지만, 당연하게도 작동시키지는 않았습니다. ASML의 최신 광원과 마찬가지로, 이 회사의 저전력 FlintNano LPP-OXXO 시스템은 레이저 생성 플라즈마(LPP) 기술을 사용하며, 이는 고에너지 레이저 펄스로 작은 가열된 금속 방울들을 충돌시켜 극도로 뜨거운 플라즈마를 생성함으로써 EUV 복사를 만들어냅니다. 이 시스템은 작동 주파수가 1 kHz–20 kHz이고 변환 효율이 2%를 초과하는 1,000W 구동 레이저(아마도 CO2 레이저)를 특징으로 합니다. 그 EUV 출력은 15W를 초과하며 (회사가 완전한 EUV 수집 시스템을 시연하지 않았기 때문에 플라즈마에서 측정된 것일 가능성이 높음), 밝기는 100 W/(mm²·sr)에 달합니다. 이 광원은 $1 imes 10^{-3} ext{ mm}^2 ext{·sr}$의 엔텐두(étendue)를 가지며 직경이 60 $ ext{μm}$인 플라즈마를 생성합니다.

Langdao Silex

(이미지 출처: Langdao Silex)

Langdao의 사양에 따르면, FlintNano LPP-OXXO는 3% RMS의 플라즈마 안정성과 5%의 EUV 출력 전력 안정성으로 100시간 이상 연속 작동할 수 있습니다. 이러한 특성은 시스템을 반도체 노광 실험에 적합하게 만들지만, 그 출력이 대량 칩 생산에는 여전히 부족합니다. 한편, '100시간 이상'이라는 가용 시간은 사전 제작 광원으로서 매우 인상적이지만, 주장을 검증할 방법이 없다는 점은 인정해야 합니다.

Langdao는 또한 보고서에 따르면 개념 증명(proof-of-principle) 검증을 완료한 고출력 EUV 광원인 FlintMicro-LPP를 개발하고 있습니다. 하지만 Langdao는 그 출력 전력, 변환 효율 또는 작동 수명은 공개하지 않았습니다.

서류상으로 Langdao의 EUV 광원은 서방 및 일본 장비 제조사들이 개발했던 초기 EUV 광원 중 일부와 출력 면에서 비교할 만하지만, 큰 주의사항이 있습니다. 바로 Langdao가 ASML처럼 컬렉터(collector) 또는 중간 초점(intermediate focus)에서의 출력이 아닌 플라즈마 단계에서 EUV 전력을 측정하는 것으로 보인다는 점입니다. ASML의 초기 EUV 시연 장비는 2007년 중간 초점에서 약 10W를 사용했으며, Cymer가 초기 NXE:3100 시스템에 설치한 LPP 광원은 2012년 웨이퍼 노광 중 최대 11W를 제공했습니다 (ASML의 장비는 광원 독립적(source agnostic)이므로, 일부 NXE:3100 프로토타입은 DPP 광원을 사용했고 다른 것은 LPP 광원을 사용했음에 유의하십시오). 2013년까지 Cymer는 긴 작동 기간 동안 중간 초점에서 약 40W를 시연했습니다. 한편, 일본의 Gigaphoton은 2013년에 첫 프로토타입으로 25W를 목표로 했고 2014년 초에 43W를 시연했습니다. 늦어도 2014년에는 Gigaphoton이 10분 테스트 동안 118W를 달성했습니다. 하지만 이러한 역사적 수치들은 서로 다른 측정 조건과 작동 기간을 포함하므로, 직접적인 비교는 매우 부정확합니다.

아직 부족함

Langdao Silex는 EUV 광원을 실제로 시연한 적이 없기 때문에, 우리가 아는 모든 정보는 회사 자체에서 나온 것입니다. 언급했듯이, 15W의 전력은 Philips Extreme UV (DPP)와 Cymer (LPP)가 개발했던 초기 EUV 광원과 비교할 만합니다. 한편, 초기 NXE:3400 시리즈 장비에는 중간 초점 광원으로 125W – 150W가 제공되었는데, 이는 고용량 생산(HVM)을 위해서는 매우 부족한 수준이었습니다.

Langdao Silex

(이미지 출처: Langdao Silex)

현대 EUV 리소그래피 장비는 훨씬 더 강력한 광원을 사용합니다. ASML은 2018년 – 2019년에 상업 생산을 위해 250W급 EUV 광원을 도입했으며, 이후로는 훨씬 높은 출력 수준을 달성했습니다. 출력을 높이려면 더 강력한 CO₂ 레이저, 고정밀 주석 방울 생성기(tin-droplet generators), 효과적인 이물질 완화(debris mitigation), 내구성 있는 컬렉터 미러(collector mirrors), 그리고 상당히 개선된 장기 신뢰성이 필요합니다.

EUV 스캐너는 아니다

하지만 완전한 EUV 스캐너가 아니더라도, Langdao의 광원은 EUV 포토레지스트 개발, 마스크 검사 연구, EUV 집광 및 조명 광학계 개발, 그리고 궁극적으로 실험적 노출 테스트를 지원할 수 있다.

완전한 EUV 리소그래피 스캐너를 개발하려면 EUV 집광 및 조명 시스템, 고정밀 다층 거울, 웨이퍼 및 레티클 스테이지, 오버레이 정확도, 그리고 시스템 통합 분야에서 추가적인 발전이 필요하다. 한편, 이 모든 장치들은 오늘날 중국에는 거의 존재하지 않는 별도의 공급망을 요구한다.

따라서 Langdao가 EUV 광원을 성공적으로 개발하고 고용량 제조에 적합한 수준으로 출력을 늘린다 하더라도, 이것이 곧바로 중국이 가까운 시일 내에 자체적인 EUV 리소그래피 장비를 생산할 수 있다는 것을 의미하지는 않는다. 게다가, Langdao의 진전은 인상적이지만, ASML/Cymer가 LPP EUV 광원의 출력을 11W에서 중간 초점(intermediate focus) 기준으로 125W150W로 늘리는 데는 약 6년이 걸렸다. 따라서 Langdao의 LPP 광원은 향후 35년 동안 개발 도구 이상의 용도로 사용될 수 있는 방법은 없다.

한편, Langdao는 보고된 15W의 EUV 출력이 어디서 측정되었는지 밝히지 않았습니다. 만약 이 수치가 중간 초점(intermediate focus)에서 전달되는 전력(power delivered)이 아니라 플라즈마에서 생성된 복사(radiation)를 나타낸다면, 업계 표준 관행에 따라 측정했을 때 해당 광원의 사용 가능한 출력은 15W보다 훨씬 낮을 것입니다. 그렇다고 하더라도, 이번 발표만으로는 중국이 자체 EUV 리소그래피 스캐너 제작에 상당히 근접했다고 보기는 어렵습니다.