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Nikkei Construction_2025.9 (p18-19)

키옥시아와 캐논 등 일본 4개사 집결, 나노임프린트로 총력전
NAND형 플래시 메모리 양산에 대한 적용 검토, 비용과 소비전력에서 우위성

키옥시아와 캐논 등 일본 내 4개 기업이, 도장을 찍듯이 첨단 반도체의 회로를 제조하는 나노임프린트 리소그래피의 실용화를 위해 총력을 기울이고 있다. NAND형 플래시 메모리의 양산 적용을 위해 회로 원판의 수명을 연장하는 기술 개발을 가속화하고 있다. 개발에 약 20년을 들인 나노임프린트를 반도체 양산에 적용할 수 있을지 여부는, 일본이 최첨단 노광 기술 분야에서 존재감을 되찾을 수 있는지의 시금석이 될 것이다.

나노임프린트 기술은 현재 첨단 반도체의 양산에 사용되는 EUV(극자외선) 노광에 비해 비용과 소비 전력을 낮출 수 있다. 이번 개발에 협력하는 기업은 키옥시아, 캐논, 대일본인쇄(DNP), 후지필름의 4개사다. 캐논은 나노임프린트 장치를, DNP는 마스크와 템플릿이라 불리는 석영(石英)제 회로 원판을, 후지필름은 템플릿을 눌러 회로 패턴을 형성하는 감광성 액체 수지(레지스트)를 담당한다. 캐논은 2000년대부터 약 20년간 나노임프린트 기술을 개발해 왔다.

2025년 7월 3~4일 도쿄에서 열린 응용물리학회 연구회에서는 키옥시아가 NAND 적용을 목표로 한 나노임프린트 개발 현황을 공개했다. 선폭 25nm의 배선 패턴을 나노임프린트로 제작하고, 전기적 시험에서 100% 수율을 얻었다. 액침 노광이라 부르는 최첨단 노광 기술로 복잡한 패터닝이 필요한 NAND의 배선 공정을 나노임프린트로 대체하는 것을 목표로 하고 있다.

-- 평탄화로 먼지가 미치는 영향 감소 --
키옥시아에 따르면, 나노임프린트에 의한 반도체 생산 비용은 템플릿의 수명에 크게 좌우된다. 레지스트에 찍힌 템플릿이 파티클(먼지)로 손상되면 교체 주기가 짧아져 비용 절감이 어려워진다. 이에 따라 키옥시아는 템플릿을 누르기 전에 CMP(화학적 기계 연마) 공정을 통해 웨이퍼 표면을 평탄화하여 파티클에 의한 영향을 줄이고, 템플릿의 모양을 개선해 수명을 연장하는 기술을 개발했다.

NAND의 주력개발, 제조 거점인 키옥시아 요카이치 공장(미에현 요카이치시)에 캐논의 나노임프린트 장치를 여러 대 도입해 기술 평가를 진행하고 있다. 키옥시아의 개발 담당자는 “양산에 적용하기 위해서는 템플릿의 수명 확보는 물론, 다수의 나노임프린트 장치의 프로세스 조건을 얼마나 정밀하게 일치시킬 수 있는가가 과제다”라고 설명했다.

-- 캐논은 장치의 생산성 향상 --
캐논은 나노임프린트 장치의 생산성 향상에 집중하고 있다. 연구회에서는 템플릿을 레지스트에 누를 때 기포 혼입을 방지하기 위해 사용하는 가스를, 지금 사용하고 있는 헬륨 대신에 이산화탄소(CO₂)를 사용하는 방법이 유망하다고 설명했다. 이산화탄소는 헬륨보다 주변 재료에 더 빠르게 확산돼, 결함이 미치는 영향을 억제한 고속 임프린트가 가능하다고 한다.

레지스트에 용제를 첨가해 코팅 속도를 향상시키는 개선도 이루어졌다. 이를 통해 나노임프린트 장치의 시간당 웨이퍼 처리량을 기존 80장에서 110장으로 높일 수 있었다.

임프린트 공정에서 무작위로 발생하는 결함의 밀도가 NAND의 양산에 필요한 수준까지 감소한 점도 공개했다. 특정 원인으로 반복 발생하는 결함의 경우에도, 웨이퍼 처리 건수 2,500장당 1건 이하라는 목표를 거의 달성했다.

-- 선폭 10nm의 패턴 실현 --
DNP는 노광 시 빛이 닿은 부분이 현상 후에 남는 ‘네거티브 톤’이라 부르는 방식의 레지스트를 사용하여, EB(전자빔) 직접 노광으로 선폭 14nm의 레지스트 패턴 형성에 성공했다. 이는 보다 미세한 회로 패턴에 대응 가능한 템플릿을 개발하기 위한 기술이다.

강연에서는 템플릿에 발생하는 결함을 보수하는 프로세스 기술과, 반도체 제조에 사용되는 패터닝 기술을 응용해 선폭 10nm의 석영 템플릿 패턴을 만든 성과도 소개했다. 다만 “정밀하고 결함이 없는 템플릿의 실현은 단독으로 진행하기 어렵기 때문에 장비나 재료 업체의 협력이 필요하다”(DNP 개발 담당자).

후지필름은 잉크젯이나 스핀 코팅 방식의 레지스트를 개발 중이다. 임프린트 공정의 생산성과 품질을 양립하기 위한 레지스트 재료 개선에 주력하고 있다.

나노임프린트 기술은 미국의 반도체 메모리 대기업 Micron Technology도 캐논 등과 협력해 개발을 추진하고 있다. 최첨단 DRAM에 대한 적용 가능성을 검토 중이다.

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