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칩 제조를 위해 입자가속기를 테스트하는 일본 연구자들

블랙웰

1 757 1 2024.06.13 15:15

<img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/06/13/8e79e0f5353550483ae2f663909e2c5e.png" alt="퀘이사존"> 왜냐하면...왜 안 될까요?
 인텔, 삼성 파운드리, TSMC는 최신 제조 노드에서 칩을 제작하기 위해 13nm 해상도로 반도체를 '인쇄'할 수 있는 ASML의 EUV 리소그래피 머신을 사용합니다. 그러나 레이저 생산 플라즈마(LPP) EUV 광원(작은 주석 방울에 CO2 레이저를 적용)을 사용하는 것만이 칩을 '인쇄'하기 위해 13.5nm EUV 방사선을 생성하는 유일한 방법은 아닙니다. 일본의 연구원들은 입자 가속기의 자유 전자 레이저(FEL)를 사용하여 최첨단 피처 크기의 칩을 만드는 방법을 모색하고 있다고 Spectrum.IEEE.org가 보도했습니다.
 일본 츠쿠바에 있는 고에너지 가속기 연구기구(KEK)는 에너지 회수 선형(ERL) 가속기에서 생성된 자유 전자 레이저(FEL)를 칩 제조에 사용하는 방법을 모색하고 있습니다. 에너지 회수 선형 가속기를 사용하면 비용 효율적으로 수십 킬로와트의 EUV 전력을 생산하여 여러 대의 리소그래피 기계에 동시에 전력을 공급할 수 있다고 합니다. 이와 대조적으로 ASML은 Twinscan NXE:5800E를 위한 500W EUV 광원을 생산했으며, 궁극적으로 EUV 광원의 전력을 1000W로 향상시킬 수 있는 가능성을 검토하고 있습니다.
 ERL은 EUV 리소 도구와는 완전히 다른 방식으로 작동합니다. 먼저, 전자총이 극저온으로 냉각된 튜브에 전자를 주입하면 초전도 RF 캐비티가 전자의 속도를 높입니다. 전자는 언듈레이터를 통과하여 자체 증폭 자발 방출(SASE)이라는 프로세스를 통해 증폭된 빛을 방출합니다. 빛을 방출한 후 사용된 전자는 반대 위상의 RF 가속기로 다시 순환하여 빔 덤프에서 폐기되기 전에 남은 에너지를 새로 주입된 전자에 전달합니다. 이러한 에너지 회수를 통해 ERL은 동일한 양의 전기를 사용하여 더 많은 전자를 가속할 수 있으므로 극초고출력 EUV 광을 생성하는 데 매우 효율적이고 비용 효과적인 방법입니다.
 "FEL 빔의 극한 출력, 좁은 스펙트럼 폭 및 기타 특성으로 인해 미래 리소그래피 응용 분야로 적합합니다."라고 KEK의 첨단 광원 연구원 노리오 나카무라는 Spectrum.IEEE.org와의 인터뷰에서 말했습니다.
 전 세계적으로 심각한 인플레이션이 시작되기 전인 2021년에 KEK 팀은 새로운 ERL 시스템의 구축 비용을 2억 6천만 달러로 추정했는데, 이는 Twinscan NXE:3800E의 가격보다 5천만 달러 높은 금액이지만 후자는 완전히 통합된 도구인 반면 전자는 본질적으로 광원일 뿐입니다. 이 시스템은 10kW의 EUV 전력을 공급하고 여러 대의 리소그래피 장비(KEK는 몇 대인지 명시하지 않음)에 공급하며 연간 운영 비용은 약 2,567만 5천 달러로 예상되었습니다.
 "우리 설정의 노광 도구당 예상 비용은 오늘날의 레이저 생산 플라즈마 소스에 대한 예상 비용에 비해 상대적으로 낮습니다."라고 나카무라는 Spectrum.IEEE.org에 말했습니다.
 FEL과 ERL에는 몇 가지 약간의 문제가 있습니다. 첫째, 다른 입자 가속기와 마찬가지로 에너지 회수 선형 가속기는 매우 거대합니다. 둘째, 10kW의 EUV 방사선을 상당한 전력 손실 없이 여러 리소 도구로 유도하려면 매우 복잡한 거울 세트가 필요한데, 이 세트는 아직 발명되지 않았고 비용도 불분명합니다.
 마지막으로 10kW의 EUV 방사선을 10개의 노광 도구로 안내할 수 있는 복잡한 미러 세트가 있다고 가정할 때, 이러한 강력한 광원과 호환되는 레지스트와 펠리클이 없습니다. 하지만 현재 실험용 ERL은 20마이크로미터의 적외선을 생성할 수 있기 때문에 13.5nm EUV 광선과는 거리가 멀기 때문에 문제가 되지 않습니다.
 나카무라는 ERL 기반 리소 도구가 상용 칩 제조에 필요한 높은 수준의 성능과 운영 안정성을 달성하기 위해서는 수많은 기술적 과제를 해결해야 한다는 점을 인정했습니다.

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