2023년 10월 13일 블룸버그 통신은 캐논이 5나노 이하 반도체 생산에 사용할 수 있는 리소그래피 장비를 출하했다고 보도하였습니다. 캐논의 나노임프린트 리소그래피(NIL)의 개발은 수 년전부터 알려져 있었지만, 실제로 장비 출하가 시작되었다는 소식은 이번이 처음입니다.
캐논의 나노임프린트 리소그래피(NIL) 개발 역사
나노임프린트 리소그래피(NIL)는 프린스턴 대학의 교수인 스테판 츄에 의해 처음으로 고안되었습니다. 3년후 츄교수는 나노넥스라는 나노임프린트 리소그래피(NIL) 장비를 개발하는 회사를 설립하였습니다.
츄교수에 따르면 초기 5년동안은 나노임프린트 리소그래피(NIL) 기술이 거의 불가능한 것으로 생각되었지만 나노기술의 발전에 힘입어 2000년에 들어서면서 상용화가 가시화 되었다고 합니다.
2014년 나노임프린트 기술을 개척한 Molecular Imprints사가 캐논에 인수되게 됩니다. 캐논은 당시 ArF의 개발에 실패하고 KrF 혹은 그보다 기술적 난이도가 낮은 리소그래피를 생산해 왔었습니다. 캐논은 인수 1년 후인 2015년에 나노임프린트 방식의 리소그래피를 상용화 할 것이라고 발표하였습니다.
그리고 키옥시아(도시바)와 SK하이닉스와 공동으로 기술을 개발하는 계약도 체결하였습니다. 그러나 실제 상업화에는 실패하였습니다. 2023년에 보도된 기사에 따르면, SK하이닉스와 삼성전자가 나노임프린트 리소그래피(NIL)를 낸드 생산에 적용하기위해 테스트 하고 있다고 합니다.
캐논의 나노임프린트 리소그래피(NIL)란
일반적으로 리소그래피는 얇은 필름이난 웨이퍼 기판에 대량의 패턴을 만드는데 사용됩니다. 이 공정은 빛을 사용하여 포토마스크에서 빛에 민감한 화학물질인 포토레지스트로 반도체 회로의 패턴을 전송합니다.
리스그래피의 광선에 노출된 포토레지스크는 경화되는데, 에칭이라고 하는 공정을 통해 경화되지 않은 부위를 식각 시킵니다. 이 과정을 반복하면 웨이퍼에 복잡한 반도체 회로가 세계지게 되는 것입니다.
반면 나노임프린트 리소그래피(NIL)는 나노 패턴이 각인된 스탬프를 사용해 웨이퍼 기반에 코팅된 인쇄저항물질 표면에 압착하는 방식을 사용합니다. 이후 광선을 투사해서 패턴을 경화시키는데, 이때, 저렴한 UV광선을 광원으로 활용하고 렌즈를 사용하지 않기 때문에 EUV를 사용하는 것보다 훨씬 더 경제적입니다.
다만 NIL은 EUV나 ArF에 비해 패턴형성의 자유도가 떨어지기 때문에 일정한 패턴을 유지하는 낸드플래시 메모리 생산에 적용이 용이할 것이라고 합니다. 통상 4회의 멀티 패터닝이 필요한 기존 공정에 적용될 경우 나노임프린트 리소그래피(NIL)의 생산성이 더 높다는 것이 확인되었다고 합니다.
출처: 세미컨덕터엔지니어링
일본 캐논의 리소그래피 공장 증설
캐논은 2022년 10월 일본 도치기현 소재 기존 공장에 총 500억엔을 투자해 반도체 리소그래피 공장을 새로 건설한다고 발표하였습니다. 캐논이 일본에 리소그래피 공장을 증설하는 것은 20년 만으로, 2025년 가동을 목표로 한다고 합니다. 사실 이 뉴스가 발표된 시점에, 캐논은 구체적으로 증설의 이유를 설명하지 않았습니다.
그리고 캐논은 주로 LCD와 패키징에 쓰이는 상대적으로 저가의 리소그래피를 만드는 것으로 알려져 있었기 때문에, 중국으로의 반도체 장비수출이 제한된 시점에 나온 캐논의 뉴스에 시장은 크게 주목하지 않았습니다. 지금와서 생각해보면, 캐논의 증설은 NIL(나노 임프린트 리소그래피) 의 생산을 염두에 있었던 것 같습니다.
나노임프린트 리소그래피(NIL)의 의미
반도체 생산에서 전력소모 감소
나노임프린트 리소그래피(NIL)는 EUV처럼 특별한 파장을 가진 광원을 필요로 하지 않습니다. 따라서 특별히 제작된 렌즈로 필요없습니다. 이는 반도체 제조에서 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있음을 의미합니다.
5나노 및 2나노 반도체 생산 대응 가능
캐논이 밝힌 바에 따르면, 자사의 나노임프린트 리소그래피(NIL)인 FPA-1200NZ2C는 현재 5nm 반도체 제조에 사용될 수 있으며, 향후 2nm까지 대응이 가능할 것이라고 합니다.
미국의 기술이 적게 적용된 첫 EUV(?)
미국이 독점하고 있는 EUV 광원을 사용하지 않기 때문에, 미국 기술이 포함된 반도체 장비의 중국 수출을 금지하는 미국의 규제를 덜 적용받지 않는 첫 리소그래피 장비입니다. 그러나 일본정부의 경우 자발적으로 거의 모든 반도체 장비의 중국 반입을 규제하고 있기 때문에, 캐논의 장비가 중국에 수출될 가능성은 낮아 보입니다.
결론
2000년대 초반 까지만 해도, 반도체 리소그래피 시장을 양분하던 니콘과 캐논이 ArF와 EUV의 개발에서 네덜란드 ASML에 뒤쳐지면서, 고급 리소그래피 시장의 독점화가 10년 이상 지속되고 있습니다. 이로인해, 현재 ASML의 최신 high-NA EUV의 경우 대당 한화 5000억원(300-350 mil Euros)에 육박하는 실정입니다.
리소그래피 가격의 지속적인 상승으로 반도체 생산단가가 상승하는데 반해, 이를 판매가격에 제대로 전가하지 못하는 메모리 반도체의 경우, 제품가격 하락과 비용상승이 동시에 발생하면서 극심한 수익성 악화를 겪고 있습니다. 캐논의 새로운 리소그래피틑 반도체 업체들의 비용부담을 덜어줄 거의 유일한 대안이라고 생각됩니다.
다만, 캐논의 나노임프린트 리소그래피(NIL)가 어느정도의 생산성을 보여줄지는 여전히 미지수 이기 때문에 큰 기대를 가지기에는 이른 시점이라 판단됩니다.
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