인텔 파운드리, 고개구율 극자외선 도입으로 칩 제조 분야 선도

인텔 파운드리(Intel Foundry)는 미국 오리건주 힐스보로(Hillsboro, Oregon) R&D 구역에 위치한 업계 최초 상업용 ‘고개구율(High Numerical Aperture, High NA) 극자외선(Extreme Ultraviolet, EUV)’ 노광장비(리소그래피 스캐너) 조립을 완료하며 첨단 반도체 제조 분야에서 중요한 이정표를 달성했다. 노광 선두업체 ASML사 제품인 인텔의 하이 NA EUV 장비 ‘트윈스캔 EXE:5000(TWINSCAN EXE:5000)’은 인텔의 첨단 공정 로드맵 개발에 사용될 준비를 위해 여러 조정(calibration) 단계를 진행 중이다. 이 신규 장비는 인쇄된 이미지를 실리콘 웨이퍼에 투사하기 위한 광학 설계 변경을 통해 차세대 프로세서의 해상도와 기능 확장을 획기적으로 개선할 수 있는 기능을 갖추고 있다.

마크 필립스(Mark Phillips) 인텔 펠로우 겸 인텔 파운드리 로직 기술 개발 부문 노광, 하드웨어 및 솔루션 담당 디렉터는 “하이 NA EUV 추가로, 인텔은 업계에서 가장 다방면의 노광 장비를 보유하게 되었으며, 2025년 이후 인텔 18A를 넘어 미래 공정을 추진할 역량을 갖추게 되었다”고 밝혔다.

하이 NA EUV 장비는 첨단 칩 개발과 인텔 18A 이후 차세대 프로세서 생산에서 핵심적인 역할을 할 예정이다. 업계 최초로 하이 NA EUV를 도입한 인텔 파운드리는 칩 제조에서 이전에는 볼 수 없었던 정밀도와 확장성을 제공할 수 있게 되었으며, 자율주행이나 기타 첨단 기술 발전을 도모하는데 필수적인 혁신적인 기능을 갖춘 칩을 개발할 수 있다.

ASML은 최근 네덜란드 펠트호번(Veldhoven) 본사에 위치한 하이 NA 연구소에서 세계 최초로 10nm(나노미터) 폭의 선을 인쇄했다고 발표한 바 있다. 이는 지금까지 인쇄된 회로 중 가장 미세한 라인으로, EUV 노광 장비의 해상도 세계 기록을 경신했다. 이번 시연은 ASML 파트너인 자이스(Zeiss)의 혁신적인 하이-NA EUU 광학 설계를 입증하고 있다.

전체 스펙에서 실행하기 위한 사전 단계로 장비의 광학 장치, 센서 및 스테이지가 대략적인 보정을 완료한 후 획기적인 이미지가 전사되었다. 풀 필드 광학 노광 시스템을 사용하여 10nm 집적도의 회로를 인쇄할 수 있는 ASML 기술은 하이 NA EUV 장비의 상용화를 위한 핵심 단계이다.

인텔 파운드리의 다른 주요 공정 기술 역량과 결합하여, 하이 NA EUV는 기존 EUV 장비보다 최대 1.7배 미세하게 전사할 수 있을 것으로 예상한다. 이를 통해 2D 기능의 확장이 가능해 집적도가 2.9배 향상될 것으로 보인다. 인텔은 더 미세하고 집적도가 높은 칩 형태화(patterning)을 이끌며 반도체 산업 전반에 걸친 무어의 법칙을 계승하고 있다.

0.33NA EUV 대비 하이 NA EUV(또는 0.55NA EUV)는 유사한 기능에 대해 노출 당 더 적은 광량으로 더 높은 이미징 콘트라스트를 제공하여 각 레이어를 인쇄하는 데 필요한 시간이 줄어들어 팹의 웨이퍼 생산량을 높일 수 있다.

인텔은 2025년 인텔 18A 제품 검증을 시작으로 인텔 14A 생산에 이르기까지 첨단 칩을 개발 및 제조할 때 다른 노광 공정과 함께 0.33NA EUV 및 0.55NA EUV를 모두 사용할 것으로 예상한다. 인텔은 비용과 성능을 위해 첨단 공정 기술을 최적화하는 접근 방식을 취하고 있다.

인텔은 수십년 동안 ASML과 협력하여 193nm 액침 리소그래피(immersion lithography)부터 EUV, Hign NA EUV까지의 진화를 견인해 왔다. 그 결과가 바로 가장 발전된 공정 장비 중 하나인 트윈스캔 EXE:5000이다. 하이 NA EUV 노광 장비의 채택으로 인텔은 무어의 법칙 확장의 최전선에 서서 옹스트롬 시대(Angstrom Era)로 전환하게 되었다.

트윈스캔 EXE:5000 시스템은 43개 화물 컨테이너에 담긴 250개 이상의 크레이트에 담겨 오리건으로 이송되었다. 이 시스템은 여러 화물기에 선적되어 시애틀에 도착했으며, 20여 대의 트럭으로 옮겨져 오리건으로 운송됐다. 새로운 시스템의 전체 중량은 150 매트릭 톤 이상이다. (자세한 내용은 인포그래픽 및 팩트 시트 참고)

인텔은 2021년 하이 NA EUV를 도입할 계획을 발표했으며, 2022년에 인텔과 ASML은 첨단 기술 주도를 위해 계속 협력하겠다고 발표한 바 있다. 인텔은 시간당 200개 이상의 웨이퍼 생산성을 갖춘 차세대 트윈스캔 EXE:5200 시스템을 도입하여 업계의 하이 NA EUV 시스템의 최초 사용자가 될 예정이다.

하이 NA EUV에 대한 추가 정보: 하이 NA EUV 노광장비는 지구에서 자연적으로 발생하지 않는 빛의 파장(13.5nm)을 사용하는 EUV 리소그래피를 뛰어넘는 혁신적인 단계이다. 이 빛은 태양의 평균 표면 온도보다 거의 40배 더 높은 섭씨 22만도의 온도로 가열된 주석 방울에 강력한 레이저가 부딪혀 생성된다. 이 빛은 원하는 회로 패턴의 템플릿이 포함된 마스크에서 반사된 후 지금까지 제작된 가장 정확한 반사체로 제작된 광학 시스템을 통해 반사된다.

NA(Numerical Aperture)는 빛을 수집하고 초점을 맞추는 능력을 측정하는 척도이다. 하이 NA EUV 기술은 웨이퍼에 패턴을 투영하는데 사용되는 광학 장치의 설계를 변경함으로써 해상도와 트랜지스터 크기를 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 초미세 트랜지스터를 생성하려면 새로운 트랜지스터 구조와 다른 공정 단계의 개선이 필요하며, 인텔은 최초의 하이 NA EUV 시스템 통합과 병행하여 개발 중인 다른 공정 단계도 개선 중이다.

인텔 파운드리 오리건 R&D 사이트 소개: 오리건은 인텔 기술과 R&D의 핵심부이다. 이번 최신 세대의 노광장비를 도입하기 위해 인텔은 오리건에 있는 D1X 팹 확장에 30억 달러 이상을 투자하여 27만 평방피트(약 2만 5천 제곱미터, 7천5백평 이상)의 클린룸 공간을 추가해 2022년에 Mod 3를 열었다

연구 결과를 제조 가능한 최첨단 실제 제품으로 전환하는 것은 인텔이 50년 이상 탁월한 성과를 거두어온 분야이다. 하이 NA EUV와 같은 최첨단 장비 및 R&D에 대한 투자는 미국내에서 칩을 제조 역량을 확장하고 R&D를 활성화하여 국가 경제 및 안보 목표 달성에 기여할 수 있다. 오리건주에서 R&D를 확대하고 최신 노광장비를 사용하면 신규 일자리 창출 및 최고의 인재를 북서부로 유치하는 데 도움이 될 것이다. 인텔은 현재는 물론 미래에도 미국의 차세대 반도체 기술과 제조를 가속화하는데 집중할 것이다.

자료제공 - 인텔