CO2 고출력 레이저 시스템과 주석을 사용하는 극자외 레이저(EUV) 제조
모바일 단말기, 자율주행 또는 인공 지능 분야를 비롯하여 현재 우리가 살아가고 있는 디지털 세계에서는 소형화와 자동화로 인해 컴퓨터 성능에 대한 요구 수준이 계속해서 높아지고 있습니다. 이로 인해 반도체의 칩셋 내부에 담기는 트랜지스터 개수는 계속해서 증가하고 있습니다. 하지만 이것이 완전히 새로운 현상은 아닙니다. 통합 회로 한 개에 담기는 트랜지스터 수가 약 18개월마다 두 배로 증가한다는 사실을 인텔의 공동 창립자 고든 무어는 이미 알고 있었습니다. 이것이 바로 오늘날까지 잘 알려진 "무어의 법칙"입니다. 1평방밀리미터에 최대 1억개의 트랜지스터를 담을 수 있다는 것은 이미 예전부터 알려진 사실입니다. 반도체 크기가 점차 원자 수준으로 소형화되어가고 있는 시점에서 TRUMPF의 고성능 레이저 증폭기는 칩 생산과 관련하여 핵심적인 역할을 수행합니다. 당사의 고성능 레이저 증폭기를 사용하여 발광 플라즈마를 생성할 수 있으며, 이 플라즈마는 웨이퍼를 노출시킬 극자외선(EUV)을 방사합니다. TRUMPF는 리소그래피 시스템 분야의 세계 최대 제조사 ASML 및 광학장치 제조사 Zeiss와 함께 유례없는 CO2 레이저 설비를 개발했습니다. 이 레이저 설비는 시간당 100개 이상의 웨이퍼를 가공할 수 있습니다.
주석 방울에서 웨이퍼 노출까지: EUV 리소그래피 공정
일반적으로 현대적인 컴퓨터칩은 나노미터 크기의 구조를 가지며, 레이저를 이용한 복잡한 노출 공정을 통해서만 생산할 수 있습니다. 한편 엑시머 레이저의 UV 레이저 빔을 사용하는 기존의 방식은 점차 한계에 부딪치고 있습니다. 10나노미터 미만의 작은 크기를 생산하는데에 기존의 방식은 더 이상 적합하지 않습니다. 이러한 세밀한 구조는 극자외선(EUV)을 통한 더 짧은 파장 노출을 요합니다.
EUV 리소그래피 분야의 큰 도전 과제는 최적의 파장인 13.5 나노미터 파장의 방사선을 만들어내는 것입니다. 이에 대한 해답은 바로 레이저 빔을 통해 생성된 발광 플라즈마로, 이를 통해 초단 펄스 레이저를 생성할 수 있습니다. 그러나 그 플라즈마는 어떻게 만들어지는가? 생성기가 진공 챔버에 액상 주석 입자를 떨어뜨리면(3), 펄싱된 TRUMPF의 고출력 레이저(1)가 흐르는 액상 주석 입자(2)와 초당 50,000 회 부딪힙니다. 주석 원자는 이온화되어 강한 플라즈마를 생성합니다. 집광 거울은 플라즈마에서 전방위로 방사되는 극자외 레이저(EUV)를 모아 한 곳으로 집중시키고, 최종적으로 반도체 광노출(5)에 사용되는 리소그래피 시스템(4)으로 전달합니다.
펄싱이 가능한 TRUMPF의 CO2 레이저 설비, TRUMPF Laser Amplifier는 플라즈마 빔을 위한 레이저 펄스를 제공합니다. 이 고성능 레이저 설비는 10킬로와트의 출력 범위를 갖는 CO2 cw 레이저 기술을 기반으로 합니다. 이 레이저 증폭기는 평균 출력이 몇 와트에 불과한 CO22 레이저 펄스의 평균 출력을 다섯 단계의 증폭 과정을 거쳐 10,000배 이상 확대된 수십 킬로와트로 증폭시킵니다. 이때 펄스 피크 출력은 수 메가와트에 달합니다. 레이저 광 생성, 레이저 증폭 및 주석 방울로의 빔 전달을 가능하게 하는 TRUMPF 기계는 리소그래피 공정에 있어 선도적인 역할을 수행하고 있습니다. 짧은 시리즈 도입 주기와 특수한 고객 요청 사항의 신속한 적용은 기술적인 복잡성을 야기함과 동시에 계속해서 기발하고 새로운 솔루션을 도출할 수 있게 해주며, 개발자, 서비스 엔지니어 그리고 생산 관계자에게 흥미로운 분야를 제공합니다.
TRUMPF는 신뢰할만한 파트너와 함께 전세계적으로 유례없는 CO2 레이저 설비를 개발했습니다. 리소그래피 시스템 분야의 세계 최대 제조사 ASML은 통합주체로서 소형 방울 형성용 부품, 스캐너 및 EUV 광학장치를 자체적으로 생산합니다. 시간당 100개 이상의 웨이퍼를 가공할 수 있는 레이저 설비는 대량 생산에 이상적입니다. EUV 리소그래피는 기술적으로 뿐만 아니라 경제적으로도 전세계 칩 제조사에게 매우 큰 이점을 가져다 줍니다.
