마스크리스 리소그래피: 칩 제조업체를 위한 게임 체인저

반도체 제조의 핵심, 리소그래피

반도체 생산은 21세기 가장 수익성이 높고 전략적인 산업 활동 중 하나가 되었습니다.^st 세기에는 다음과 같은 회사가 있습니다. 엔비디아 (NVDA ), 인텔 (INTC )및 TSMC (TSM ) (각 회사에 대한 전담 보고서 링크를 따라가세요.) 수십억 달러, 아니 수조 달러에 달하는 시가총액을 달성했습니다.

거의 대부분이 포토리소그래피라는 공정을 사용합니다. 이름에서 알 수 있듯이, 매우 강력한 광선을 사용하여 실리콘 웨이퍼를 조각하고 컴퓨터 칩과 기타 반도체 구성 요소로 만듭니다.

이를 위해서는 초정밀 렌즈, 모터, 그리고 '포토마스크'라고 불리는 시스템을 갖춘 매우 특수한 기계가 필요합니다.

출처: 코퍼팟 IP

포토마스크는 제조되는 장치의 패턴이 에칭되는 불투명 필름으로 코팅된 석영 또는 유리 기판으로 만들어집니다. 이 필름은 본질적으로 실리콘 웨이퍼에 새겨질 칩의 템플릿이지만, 조각 과정에서 훨씬 더 작은 규모로 소형화됩니다.

대부분의 칩은 실리콘을 에칭하기 위해 강력한 UV 빔을 사용하는 DUV(Deep Ultra-Violet) 리소그래피 기계를 사용하여 제조됩니다. 더 진보된 칩은 훨씬 더 강력한 UV 조명을 사용하는 EUV(Extreme Ultra-Violet)를 사용합니다. 현재 반도체 제조업체 ASML (ASML ) EUV에 대한 독점권을 가지고 있다.

DUV와 EUV 기계는 모두 크고 비싸며 전력을 많이 소모합니다.

또 다른 대안으로 마스크리스 리소그래피가 떠오르고 있습니다. 이 기술은 중국 연구진이 세계 최초로 개발한 심자외선 마이크로 LED 디스플레이 칩 덕분에 비약적인 발전을 이루었을 가능성이 있습니다.

홍콩과학기술대학교와 심천 남부과학기술대학교에서 근무하면서 그들은 Nature Photonics에 "마스크리스 포토리소그래피를 위한 고출력 AlGaN 심자외선 마이크로 발광 다이오드 디스플레이¹".

마스크리스 리소그래피

리소그래피에 포토마스크를 사용하는 주요 요점은 DUV 기계가 많은 빛을 사용하고 그 중 일부를 조각 공정에 집중시킬 수 있다는 것입니다. 그러나 이로 인해 낮은 광 효율, 불충분한 광 전력 밀도, 궁극적으로 낮은 효율과 높은 에너지 소비가 발생했습니다.

대안은 알루미늄 갈륨 질화물 심자외선(UVC) 마이크로 발광 다이오드(마이크로 LED)와 같은 보다 정밀한 UV 광원을 사용하는 것입니다. 그러나 충분한 전력 출력을 가진 UVC LED를 개발하는 것은 지금까지 문제였습니다.

즉, 마스크리스 리소그래피는 칩 등급 실리콘 웨이퍼 대신 인쇄 회로 기판과 같은 낮은 해상도의 기판에만 사용되었음을 의미합니다.

마스크리스 포토리소그래피는 반도체 제조 비용을 대폭 절감하고 더 많은 맞춤화 옵션을 제공할 것입니다. 전반적으로 이 기술은 모든 전자 제품을 더 저렴하고 제조하기 쉽게 만들 것입니다.

더 나은 UVC LED

UVC 마이크로 LED의 저조도 성능의 핵심 요인은 LED 서브 유닛의 제조 공정 중에 상당한 정렬 간격이 발생하여 대형 UVC 마이크로 LED 디스플레이를 구축하려고 할 때 문제가 발생한다는 것입니다. 특정 LED 조명이 내부적으로 균일하지 않을 수 있을 뿐만 아니라 동시에 제조된 다른 LED는 서로 다른 특성을 표시합니다.

출처: 자연 Photonics

연구자들은 균일한 160×90 UVC 마이크로 LED 어레이를 성공적으로 구축하기 위해 제조 방법을 개선했습니다. 이 어레이는 6μm의 픽셀 크기와 10μm의 피치를 특징으로 합니다.

출처: 자연 Photonics

UVC LED를 유용하게 만들기

개선된 LED는 회로 기판과 통합되어 디지털 UV 패턴을 생성하고 투사합니다.

그 결과, 시스템은 강력한 UVC 빛으로 복잡한 패턴과 그림을 표시할 수 있습니다.

출처: 자연 Photonics

LED의 크기가 작기 때문에 포토마스크를 이용한 광판 인쇄에 사용되는 복잡한 축소 렌즈가 필요 없습니다.

5초 노출 후, 웨이퍼 표면에 거울로 쓴 구조가 발달합니다. 이것은 3μm에서 100μm(마이크로미터)에 이르는 크기의 패턴을 새길 수 있습니다.

출처: 자연 Photonics

이 심자외선 마이크로LED 디스플레이 칩은 마스크의 패턴과 자외선 광원을 통합합니다. 짧은 시간 내에 포토레지스트 노출에 충분한 조사량을 제공하여 반도체 제조의 새로운 길을 만듭니다.”

KWOK Hoi-Sing 교수 – HKUST의 첨단 디스플레이 및 광전자 기술 국가중점연구소 창립 이사

추가 진행

더욱 향상된 UVC LED

이번 성과를 낸 연구팀은 320×140 프로토타입보다 마이크로 LED의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다고 생각합니다.

그들은 실리콘에 패턴을 훨씬 더 정밀하게 새길 수 있는 1k, 2k, 심지어 8k 고해상도 심자외선 마이크로 LED 디스플레이 화면을 개발할 수 있는 길을 보고 있습니다.

“다른 대표적인 작품들과 비교했을 때, 우리의 혁신은 더 작은 장치 크기, 더 낮은 구동 전압, 더 높은 외부 양자 효율, 더 높은 광 전력 밀도, 더 큰 어레이 크기, 더 높은 디스플레이 해상도를 특징으로 합니다.

FENG Feng 박사 – HKUST 박사후 연구원

추가 지원 시스템

UVC-microLED는 포토마스크를 사용하는 기존 리소그래피처럼 다양한 렌즈 배열을 필요로 하지 않지만, 연구자들의 해상도는 아직 충분하지 않습니다.

따라서 LED 제조에 대한 이러한 연구자들의 전문 지식을 넘어서는 관련 렌즈 및 초점 시스템은 마스크 없는 포토리소그래피를 크게 개선할 수 있습니다. 그러나 이는 반도체 산업에 큰 기술적 어려움이 되지 않을 것입니다. 이는 알려져 있고 일반적으로 사용되는 기술이기 때문입니다.

따라서 이미 DUV 기계를 생산하는 회사들은 값비싼 포토마스크가 필요한 기존 디자인 대신 마스크가 없는 UVC 마이크로 LED와 초점 렌즈를 사용하여 새로운 디자인을 쉽게 만들 수 있습니다.

반도체 리소그래피에 투자하다

마스크리스 리소그래피가 반도체 산업에서 점점 더 보편화되면서, 이러한 기술적 변화로 인해 일부 수혜자와 일부 패자가 생길 가능성이 큽니다.

Photronics, Inc.와 같은 포토마스크 생산을 전문으로 하는 회사 (PLAB ) 고통을 겪을 가능성이 높습니다.

반면, DUV 리소그래피 기계를 생산하는 회사는 새로운 마스크리스 디자인의 이점을 누릴 수 있습니다. 값비싼 소모품을 제거함으로써 전체 리소그래피 작업이 더 저렴해질 것입니다. 더 저렴한 반도체는 판매량을 늘려 DUV 기계에 대한 수요를 증가시킬 것입니다.

반도체 관련 기업에 투자할 수 있는 브로커는 여러 곳이 있으며, 여기에서 찾을 수 있습니다. 증권.io, 최고의 브로커에 대한 권장 사항 미국, Canada, Australia, 영국, 다른 많은 나라들뿐만 아니라.

또는 보다 다양한 접근 방식을 선호하는 경우 반도체 관련 ETF에 투자할 수 있습니다. iShares 반도체 ETF (삭스) 밸리 VanEck 반도체 ETF (SMH), 또는 글로벌 X 반도체 ETF(SEMI).

또한 반도체 제조 장비 공급망과 주요 회사에 대해서도 자세히 알아볼 수 있습니다.제조지원을 위한 반도체장비주 TOP 10".

반도체 리소그래피 회사

ASML 지주 네바다

ASML 개요

시가총액 기준 세계 최대 반도체 장비 공급업체인 네덜란드 ASML은 또한 이 분야에서도 선두주자이며 준독점적 지위를 가지고 있습니다. EUV 노광(Extreme UltraViolet)이라는 핵심 기술.

EUV는 최대 7nm, 심지어 5nm 및 3nm의 초소형 노드를 허용합니다. 이러한 고급 노드 수준은 AI, 기계 학습, 5G, AR/VR 및 고급 클라우드 서비스와 같은 애플리케이션에 필요한 것으로 간주되는 경우가 많습니다.

EUV는 현재 중국-미국 긴장과 무역 전쟁의 중심에 있습니다. 2022년 여름, 미국은 EUV 장비의 중국 수출을 금지했습니다.. 이는 화웨이가 자체 EUV 솔루션을 개발하려는 노력으로 이어졌습니다. 2022년 XNUMX월 특허 등록으로.

ASML은 중국 외 EUV에 대한 사실상의 독점권을 보유함으로써 매우 유명한 칩 장비 제조업체이며, 주요 경쟁사에 대한 기술 수출을 제한하라는 미국의 압력으로 인해 그 지위가 더욱 높아졌습니다. 결과적으로 ASML은 가장 진보된 칩을 구축하려는 모든 칩 제조업체에게 중요한 공급업체입니다.

EUV는 ASML에서도 판매하는 기존 기술의 후속 기술입니다. DUV 리소그래피(Deep UltraViolet).

출처: ASML

EUV 시스템은 판매되는 기계의 일부에 불과하지만 가격이 훨씬 더 비싸므로 매출과 이익의 상당 부분을 차지합니다. 그래도 DUV 시스템(ArFi, ArF, & KrF)이 회사 매출의 대부분(61%)을 차지합니다.

출처: ASML

ASML은 유일한 DUV 기계 제조업체는 아니며 Canon이나 Nikon과 같은 경쟁사도 활동하고 있지만, 일본 경쟁사는 여러 다른 활동을 하는 대기업인 반면 ASML은 훨씬 더 "집중"된 회사입니다.

DUV 기계 및 중국

중국 정부가 반도체 장비의 국내 공급업체 유치를 추진함에 따라 DUV 분야에서 중국과의 경쟁이 심화되고 있습니다.

마스크 없는 DUV를 더욱 현실적으로 만드는 최신 혁신인 향상된 UVC-microLED가 홍콩과 선전 연구원에서 나왔다는 점을 고려하면, 특히 중국이 ASML 수익의 47%를 차지하고 있다는 점을 고려할 때, 투자자들은 이를 고려해야 합니다.

중국으로의 DUV 기계 수출도 미국 제재를 받았습니다. 그러나 이는 상당한 반발에 부딪혔다. 네덜란드에서 온, 한국, 심지어 대만 정부도s.

암스테르담은 앞으로 ASML이 미국 정부가 아닌 네덜란드 정부로부터 미국 산업 표준국의 엔티티 목록에 있는 회원사에 DUV 기계를 수출하는 데 필요한 라이선스를 조달해야 한다고 판결했습니다.

이는 기본적으로 미국에서 의무화된 수출 통제가 미국이 아닌 네덜란드의 관리자의 허가 관할에 속한다는 것을 의미합니다.

외교관

ASML에 대한 결론

그럼에도 불구하고, 중국 관련 위험 가능성에도 불구하고 ASML은 리소그래피 산업에서 (거의) 확실한 선두주자이며 이미 다음 단계의 EUV 기술인 고 NA EUV 시스템(High Numerical Aperture)으로 전환하고 있습니다.

고 NA EUV 장비는 현재 배포되고 있습니다. 2023년 2025월에는 인텔에, XNUMX년 후에는 TSMC에, XNUMX년까지는 삼성에 배포될 예정입니다.

ASML도 2024년 여름에 공개 다음에 나올 것에 대한 계획: "Hyper-NA" EUV 기술". 아직 초기 연구 단계에 있는 이 개념은 2030년 이후에야 배포될 것입니다.

출처: 기술 파워업

전반적으로 ASML은 EUV 분야의 발전과 DUV 분야의 전문성 덕분에 마스크 없는 DUV와 같이 자사 전문성이 필요한 분야의 모든 기술 전쟁에서 승리할 가능성이 높습니다.

그러나 중국 정부의 도움 또는 ASML의 중국 판매에 대한 미국의 제재 명령으로 인해 중국 제조업체가 국가의 반도체 생산 시장 점유율을 차지할 가능성이 높기 때문에 불안정한 시기가 지속되고 경쟁이 다시 치열해질 가능성이 있습니다.

연구 참고문헌:

^{1. Zhang, H., Li, D., Wang, Y. 등 (2024). 고전력 AlGaN 심자외선 마이크로 발광 다이오드 디스플레이. 자연 Photonics. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01551-7}