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무어 법칙의 연장http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014070725&service_code=03 | |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-07-21 | |
| 지난 몇 년 동안 컴퓨터 칩은 재료 과학 및 제조 기술의 발전으로 점점 작아지게 되었다. 2년 마다 마이크로프로세서에서 트랜지스터 수가 두 배로 늘어나는 이러한 과정은 무어법칙(Moore`s law)으로 불린다. 그러나, 무어 법칙이 지속되려면 칩 제조 프로세스의 중요한 요소가 있다. 즉, 포토레지스트(photoresist)로 불리는 화학 혼합물로서 사진에서 사용되는 것과 유사한 필름인 포토레지스트는 칩에서 현격히 줄어든 선과 구조의 패턴을 형성하는데 사용된다. 증가되는 계산 및 에너지 효율성에 발맞춰 트래지스터의 크기 축소를 연속하기 위해 칩 제조사 인텔은 미 자원부 산하 로렌스 버클리 연구소(U.S. Department of Energy`s Lawrence Berkeley National Lab)와 공조하여 완전히 새로운 종류의 레지스트를 디자인하였다. 그들은 향후 체계적인 방식으로 성능을 추가적으로 향상시키는데 중요한 포토레지스트의 화학 성질을 규명함으로써 이를 수행하고 있다. 연구진은 그들의 연구 결과가 레지스트를 만드는 환경에 쉽게 도입될 수 있으며, 2017년 초에 실제로 제조 라인에서 확인할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 새로운 레지스트는 이미 존재하던 두 종류의 레지스트에 대한 재료 성질을 효과적으로 조합하여 마이크로프로세스 용으로 보다 작은 구조를 형성하는데 필요한 특징인 보다 우수한 광학 감도 및 기계적 안정성을 얻게 되었다. 연구진은 가교제(crosslinker) 및 특별한 형태의 에스테르(ester)를 포함한 화학물질의 혼합을 통해 레지스트의 성능이 향상된다는 것을 알 수 있었다. 한편 금번 연구 결과는 Nanotechnology에 보고되었다. 새로운 종류의 레지스트 발견은 재료 분야에서 반도체 산업이 직면하고 있는 가장 큰 도전과제 중 하나이다. 또한 레지스트가 실제로 화학 수준에서 어떻게 동작하는지에 대한 기초 과학의 이해가 매우 부족한 실정이다. 레지스트는 매우 복잡한 재료 혼합물이며, 이미 알려진 것과 완전히 다른 재료를 만드는 것은 매우 많은 위험 요소를 가지고 있기 때문에 오랜 시간이 소요된다. 그러나 기본적인 이해 부족으로 인해 무어 법칙은 곤경에 처할 수 있다. 왜 레지스트가 중요한지를 이해하기 위해서는 마이크로프로세서가 어떻게 제조되는지에 대한 간단한 설명을 고려해야 한다. 실리콘 웨이퍼가 우선 세정된 후 포토레지스트 한 층이 코팅된다. 이후 자외선은 웨이퍼 위에 와이어 및 트랜지스터와 같은 요소를 포함한 회로 패턴 이미지가 투영됨으로써 레지스트가 화학적으로 변화된다. 레지스트의 형태에 따라 빛은 다소 용해성을 가지게 되기 때문에 웨이퍼를 용매애 담그게 되면 노출 혹은 비노출된 영역이 세척된다. 레지스트는 에칭되는 것으로부터 트랜지스터와 와이어를 구성하는 재료를 보호하며, 재료가 선택적으로 침착되도록 한다. 이러한 노출, 헹굼, 에칭, 증착 과정은 모든 칩 요소가 형성될 때까지 여러 번 반복된다. 하지만, 현재 레지스트가 가지고 있는 문제점은 248 및 193nm의 파장을 갖는 극자외선을 방출하는 광소스에 대해 개발되어야 한다는 것이다. 그러나 칩에서 이러한 미세 구조를 형성하기 위해 산업 환경은 13.5nm의 보다 짧은 파장을 갖는 새로운 광학 소스로 스위칭해야 한다. 소위 극자외선(extreme ultraviolet) 광학 소스는 이미 파일럿 제조 라인에 사용되고 있다. 그러나 안타깝게도 현재의 포토레지스트는 아직 대규모 생산 용으로 아직 준비되지 못하고 있다. 반도체 산업은 점점 작은 구조를 형성하려하고 있다. 극자외선은 촉망되는 기술인 반면, 극자외선이 제시하는 해상도로 패턴될 수 있는 레지스트 재료가 또한 필요하다. 버클리 연구진은 두 종류의 레지스트를 연구하였다. 하나는 자외선에 노출되면 결합을 형성하는 분자로 구성되는 소위 가교(crosslinking)이다. 이러한 종류의 레지스트는 우수한 기계적 안정성을 가지고 있으며 발달 과정에서 변형되지 않는다. 그러나 과도한 가교가 형성된다면 비용적으로 고가이고 오랜 시간 동안 노출이 필요할 것이다. 둘째 종류의 레지스트는 높은 감도를 갖는 것으로 기계적 안정성을 가지고 있지 않다. 연구진은 다양한 농도로 두 종류의 레지스트를 조합하여 두 레지스트가 갖는 최상의 성질만을 얻어낼 수 있었다. 재료는 극자외선 패턴 설비를 이용하여 검증되었다. 패턴을 분석하기 위해 분자 파운드리 나노제조 및 이미징 설비(Nanofabrication and Imaging and Manipulation facilities at the Molecular Foundry)를 이용하여 연구진은 포토레지스트에 의해 형성된 라인 형태에 있어 개선을 확인할 수 있었다. 화학 분석을 통해 연구진은 또한 다양한 농도의 첨가제가 가교 메커니즘에 어떻게 영향을 미쳐 결과적으로 안정성과 감도가 어떻게 변화되는지를 관찰할 수 있었다. 연구진은 미래의 마이크로프로세스에 필요한 극소의 요소에 대한 레지스트의 화학 구성을 추가적으로 최적화할 예정이다. 반도체 산업은 현재 10nm 노드애서 칩 제조 프로세스를 멈추고 있다. 모든 것이 예상대로 진행된다면 개발 검토되고 있는 레지스트 재료는 이러한 프로세스에서 중요한 역할을 담당할 것이며, 무어 법칙을 유지하는 데에도 도움될 것이다. [그림] 낮은 농도의 연결체가 레지스트에 추가되면 보다 작은 형태의 패턴을 형성하여 고농도의 연결체를 가질 때보다 길고 고가의 노출 과정이 요구되지 않음. [원문] iopscience.iop.org/0957-4484/25/31/315301 | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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