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[특허동향] 10나노의 벽, 극자외선(EUV)으로 뚫는다... 국내 기술 성장기 접어들어

반도체 극자외선 노광기술 우리 기업·학계 선전... 강력한 지재권 확보 필요

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특허뉴스 선우정 기자
기사입력 2020/11/12 [17:11]

 

알파고(AlphaGo)와 같은 혁신적인 인공지능(AI)의 탄생은 더 빠르고, 보다 집적된 고성능·저전력 반도체 제조기술이 있어 가능했다. 이러한 고성능·저전력 반도체를 제조하기 위해 광()을 이용, 기판에 미세한 회로 패턴을 그리는 핵심 기술이 노광기술(Photo-Lithography)이다.

 

광의 파장이 짧을수록, 반도체 회로를 더 미세하기 그릴 수 있다. 이는 0.7미리(mm) 샤프보다는 0.3미리 샤프로 쓸 때 보다 세밀한 글쓰기가 가능한 것과 같은 이치이다. 예를 들어, 반도체 회로의 선폭을 반으로 줄이면 단위 소자의 면적은 1/4로 줄게 되어 동일 면적에서 4배 많은 소자를 제조할 수 있으며 전기 배선의 길이도 줄게 되므로, 더 낮은 소비전력의 고성능·저전력 반도체의 생산이 가능하다.

 

기존 불화아르곤(ArF) 레이저 광을 이용하는 경우, 액침 및 다중노광 기술을 적용해도 선폭 10나노(1nm10억 분의 1m)이하의 패턴의 벽을 넘는데 어려움이 있었다.

 

EUV(Extreme Ultra-Violet) 노광기술은 불화아르곤 레이저보다 1/10 미만의 짧은 파장을 갖는 극자외선을 이용하여 반도체 회로 패턴을 그리는 것으로, 10나노 이하 초미세 회로 패턴을 그리기 위해 필수적이다.

 

극자외선(EUV) 노광기술은 다층 미러, 다층 마스크, 펠리클, 광원, 레지스트 등 고도한 기술의 집약체로서, 지난 10여 년간 삼성전자를 비롯한 글로벌 기업들이 기술 선점을 위해 치열한 연구 개발을 해왔으며, 최근 7나노를 넘어서, 5나노 스마트폰용 애플리케이션 프로세서(AP)의 양산에 처음 적용되었다.

 

특허청의 최근 10년간(‘11~ ’20), EUV 노광기술의 특허출원 분석에 의하면, ‘1488건을 정점으로 ’1855, ‘1950건 등으로 나타났으며, 특히 ’19년부터는 내국인의 출원이 외국인의 출원 건수를 앞서게 되어, 국내 기술이 성장기에 접어들고 있는 것으로 분석되었다.

 

▲ EUV 노광기술 출원 동향(’11 ~ ’20년)  © 특허뉴스

 

기업별로는 칼짜이스() 18%, 삼성전자 15%, ASML() 11%, 에스엔에스텍() 8%, TSMC() 6%, SK하이닉스 1%6대 글로벌 기업이 전체 출원의 59%를 차지하고 있다.

 

 

세부 기술별로는, 노광장치를 이용한 반도체 소자의 제조방법으로 패턴 형성 방법, 노광 공정 레시피 등을 포함한 공정기술 32%, EUV 광원 및 생성기술(LPP), 콜렉터, 반사광학계, 스테이지 및 그 제어기술 등을 포함한 노광장치 기술 31%, 반사형 마스크, 블랭크, 펠리클과 그 제조기술을 포함한 마스크 28%, 기타 9%로 분포되어 있다.

 

공정기술 분야에서는 삼성전자 39%, TSMC() 15%로 두 기업의 출원이 54%를 차지한다. 마스크 분야에서는 에스엔에스텍() 28%, 호야() 15%, 한양대 10%, 아사히가라스() 10%, 삼성전자 9% 순이다.

 

 

특허청 최미숙 반도체심사과 특허팀장은 “EUV 노광공정 및 마스크 분야에서 우리나라 기업·학계가 선전하고 있으며 4차 산업혁명과 함께 고성능·저전력 반도체 제조를 위해 EUV 노광기술이 더욱 중요해질 것이며 노광장치 분야에 있어서도 기술 자립을 위해 연구개발과 함께 이를 보호할 수 있는 강력한 지재권 확보가 필요하다고 말했다.

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