전기전자/정보통신

닛케이 일렉트로닉스_2602호 (p9-11)

캐논의 나노임프린트, 로직 반도체와 DRAM 적용에 현실성
2027년 양산 가시권, 다이닛폰인쇄(DNP)와 후지필름과 협력

반도체 대기업들이 도장을 찍듯이 반도체 회로를 형성하는 나노임프린트 리소그래피의 양산 도입을 본격적으로 검토하기 시작했다. 대만 TSMC와 한국 삼성전자 등이 관심을 보이는 것으로 알려졌으며, 2027년에도 양산이 시작될 가능성이 있다. 장비는 캐논이, 템플릿(회로 원판)은 다이닛폰인쇄가, 레지스트(감광성 수지)는 후지필름이 담당한다. EUV(극자외선) 노광 기술 개발에 실패했던 일본이 최첨단 분야로의 재도약을 노린다.

캐논은 2025년 10월 27일 실적 발표에서 나노임프린트에 대해 “대형 반도체 제조사에 출하한 장비를 이용해 메모리와 로직(연산용) 반도체에 적용하기 위한 평가가 착실히 진행되고 있다”라고 밝혔다. 조기 본격 판매와 매출 반영을 목표로 한다.

현재 로직 반도체와 DRAM 양산 공장에서는 가공 치수가 가장 작은 층(크리티컬 레이어) 등에 EUV 노광이 사용되고 있다. EUV 노광 장비를 공급하는 기업은 전 세계에서 네덜란드 ASML 홀딩스뿐이다. 캐논은 과거에 개발을 추진했으나 단념한 바 있으며, 나노임프린트 장비로 반격을 노린다. 반도체 제조사가 EUV 노광과 병행해 나노임프린트를 사용하는 것을 상정하고 있다.

-- 출시 2년 만에 수요 쇄도 --
“모든 고객이 상당히 적극적이다.” 캐논 광학기기 사업본부의 이와모토(岩本) 본부장은 이런 반응을 보였다.

NAND형 플래시 메모리 대기업인 키오쿠시아 홀딩스 등과 20년 가까이 공동 개발해 왔지만, 최근 들어 로직 반도체와 DRAM 제조에 활용될 가능성이 급부상하고 있다. 2023년 10월에 나노임프린트 장비를 출시한 것을 계기로, 세계 주요 기업들에게서 문의가 잇따랐다.

고객명은 공개하지 않았지만, TSMC와 삼성전자 등 EUV 노광으로 최첨단 반도체를 제조하는 기업들이 큰 관심을 보이고 있는 것으로 알려졌다. 미국 인텔도 한때 나노임프린트 기술 평가를 진행한 적이 있다.

-- 회로 설계의 자유도 향상 --
각 사가 공통적으로 추구하는 목표는 EUV 노광을 사용하는 레이어(층) 일부를 나노임프린트로 대체해 반도체 제조 비용을 낮추는 것이다. EUV 노광 장비 최신 기종 가격은 300억 엔을 넘고, 전력비와 미러 교체 등 운영 비용도 높다. 나노임프린트 장비는 수십억 엔 수준이며, 전력비와 유지보수를 포함한 COO(Cost of Ownership)를 크게 낮출 수 있다고 한다. 포토마스크를 사용하지 않기 때문에 복잡한 광학 보정도 필요 없으며, 로직 반도체 등의 회로 설계 자유도가 높아진다는 장점도 있다.

EUV 노광에서는 비용이 많이 들고, ArF(불화아르곤) 노광이라 불리는 이전 세대 기술에서는 반복적인 노광과 식각(에칭)이 필요하다. 이러한 레이어에 나노임프린트를 적용할 수 있는지 다수의 반도체 대기업이 기술 평가에 나섰다.

해상 가능한 선폭은 30~20nm(나노미터) 전후임을 입증했으며, “14~12nm를 목표로 한다”(이와모토 본부장). 14~12nm는 로직 반도체에서 2025년에 TSMC 등이 양산을 시작하는 2nm 세대 최소 선폭과 거의 같은 수준이다. 캐논은 산업기술종합연구소와 함께 로직 반도체 등의 배선 공정에 적용하기 위한 연구를 진행하고 있다.

DRAM에서는 컨택트홀이라 불리는 패턴에 적용하는 것이 유망하다. 반도체 메모리 대기업인 미국 Micron Technology가 DRAM용 나노임프린트 기술 평가를 진행하고 있음을 공개했다.

캐논은 생성형 AI 수요 확대에 대응하기 위해 2025년 7월에 우쓰노미야시 거점에 반도체 노광 장비 제조 공장을 새로 개소했다. 주로 i선과 KrF(불화크립톤)라고 부르는 노광 장비를 제조하지만, 나노임프린트 장비 제조도 검토한다.

-- 결함과 오버레이 정밀도가 과제 --
하지만 나노임프린트를 반도체 양산에 적용하기 위해서는 해결해야 할 과제가 적지 않다. 템플릿을 레지스트에 압착하는 공정 등에서 발생하는 결함(디펙트)의 저감과, 하부층과 회로 패턴을 정밀하게 맞추는 오버레이 정밀도 향상이 요구된다.

요구 정도는 적용되는 디바이스 종류와 레이어에 따라 다르다고 한다. 디펙트와 겹쳐 보았을 때 정확도 모두, “양산에 요구되는 수준에 가까운 목표를 달성한 경우도 있고, 한 번 더 힘을 내야 하는 경우도 있다”(이와모토 본부장).

요구 수준은 적용하는 디바이스 종류나 레이어에 따라 다르다고 한다. 디펙트와 오버레이 정밀도 모두 양산에 가까운 수준을 달성한 대상도 있지만, 추가 개선이 필요한 대상도 있다고 한다.

생산성 향상도 요구된다. 템플릿을 레지스트에 압착할 때 사용하는 가스를 기존의 헬륨에서 이산화탄소로 변경한다. 이산화탄소는 헬륨보다 주변 재료로 빠르게 확산되어 처리 속도를 높일 수 있다.

시간당 웨이퍼 처리 수는 기존 80장에서 약 110장 수준까지 향상될 전망이다. ArF 노광 장비보다 낮지만 양산에 활용 가능한 수준이라고 한다.

-- ‘어쩌면 큰 변화로 이어질 수도’ --
부품 업체들도 개발을 가속하기 시작했다. 다이닛폰인쇄는 나노임프린트용 석영 템플릿의 양산을 2027년에 시작한다. 파인디바이스 사업부 제1제조본부 부본부장인 요시카와(吉川) 씨는 “반도체 제조사의 초기 양산 적용이 2027년에 시작될 것으로 보고 준비 중이다”라고 말했다. 고객과 공동 평가 작업을 진행하고 있다.

결함 문제는 최소한 템플릿에서 기인한 부분은 해결의 실마리를 찾았다고 한다. 템플릿 품질이 충분히 향상되면 나노임프린트는 EUV 노광보다 더 깨끗한 패턴 형성이 가능하고, 회로의 전기적 특성도 개선된다고 한다.

후지필름은 2024년 5월에 레지스트를 출시하고, 양산 체제를 정비하는 중이다. 일렉트로닉스 머티리얼즈사업부 시니어 펠로우인 노구치(野口) 씨는 “고객과의 접점이 늘면서 요구도 증가하고 있다. 고객이 양산 적용을 결정하면 즉시 대응할 준비가 되어 있다”라고 말했다.

일본 기업 3사가 총력을 기울이고 있지만, 반도체 제조사가 실제로 양산에 나노임프린트를 도입할지는 아직 불확실하다. 가장 적극적인 기업은 2027년의 양산 도입을 검토하고 있지만, 실현 여부는 개발 진척 상황에 달려 있다. 반도체 제조사는 일반적으로 장비·부품 업체에 앞당긴 일정으로 개발 계획을 전달하는 경우가 많아, 2027년 목표가 지연될 가능성도 있다.

후지필름의 이사 상무 집행임원인 이와사키(岩崎) 씨는 “POR(고객 생산라인 인증)이 확인되기 전까지는 매출 계획에 반영하지 않는다. 다만 언젠가는 매출에 기여할 것으로 보고 있으며, ‘어쩌면 큰 변화로 이어질 수도 있다’는 조짐은 있다”라고 말했다. 향후 1~2년이 나노임프린트 양산 도약의 분수령이 될 전망이다

 -- 끝 --
 

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닛케이 일렉트로닉스_2602호 목차

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