포토리소그래피는 반도체 제조의 핵심 기술로, 지난 10년간 급격한 발전을 이루며 소형화의 한계를 극복하고 고성능 장치의 새로운 세대를 가능하게 했다. 딥 자외선(DUV)에서 극자외선(EUV) 기술로의 전환은 반도체 산업의 판도를 바꾸었으며, 더 작은 노드와 높은 정밀도를 향한 발전을 지속하고 있다. 이 글에서는 최근 혁신, 미래 전망, 그리고 이 중요한 분야를 주도하는 기업들의 전략적 목표를 분석한다.

딥 자외선(DUV)에서 극자외선(EUV) 리소그래피로의 전환은 반도체 제조에서 가장 중요한 발전 중 하나로 꼽힌다. 13.5nm 파장에서 작동하는 EUV 기술은 7nm 및 5nm 노드에서의 패터닝을 가능하게 하며, 이전 기술에서 필요했던 다중 패터닝 단계를 제거했다. 이로 인해 공정이 간소화되고 수율이 향상되었으며, 생산 비용과 결함률이 감소하는 결과를 가져왔다. 최근에는 High-NA(고수치 개구수) EUV 시스템이 도입되어 2nm 및 1.4nm 노드까지 확장할 수 있는 가능성을 열었다. 업계 리더인 ASML은 차세대 High-NA EUV 시스템을 발표하면서 더 높은 수치 개구수와 향상된 광학 기술을 활용해 2nm 이하의 해상도를 구현할 수 있게 되었다. 이러한 시스템은 더 복잡한 설계, 더 빠른 칩, 더 에너지 효율적인 장치를 가능하게 하는 도약을 이룬다.

또한, 레지스트 화학 및 공정 제어 기술의 발전은 EUV의 확장성을 더욱 강화하고 있다. 더 나은 흡수율과 식각 저항성을 갖춘 새로운 재료는 더 정교한 패턴과 낮은 선폭 거칠기를 보장한다. 마스크 제작 및 펠리클 기술의 혁신도 내구성과 결함 방지 측면에서 개선되어 초기 EUV 기술이 직면했던 문제들을 해결하고 있다. 이러한 발전을 바탕으로 반도체 제조 공정의 효율성과 신뢰성이 한층 더 강화되고 있다.

포토리소그래피의 미래는 High-NA EUV 및 그 이상의 기술로 향하고 있다. ASML은 다중 빔 마스크 작성기 및 새로운 광학 기술을 통합하여 원자 수준의 정밀도를 갖춘 단일 노출 패터닝을 구현하기 위해 연구를 진행 중이다. 이러한 발전은 1nm 이하의 노드를 지원할 수 있을 것으로 기대되며, 양자 컴퓨팅, AI 가속기, 6G 통신 시스템과 같은 응용 분야를 가능하게 할 것이다. 나노임프린트 리소그래피(NIL)는 특히 비실리콘 기판 및 광학 센서나 디스플레이와 같은 특수 응용에 대한 대체 경로를 제시하고 있다. 현재 최첨단 반도체에서는 널리 채택되지 않았으나, NIL은 특정 시장에서 비용 효율적인 솔루션을 제공할 수 있는 잠재력을 지니고 있다.

또한, 고분자 화학을 활용한 자가 조립 패터닝(DSA)도 주목할 만하다. DSA는 특정 공정에서 EUV 리소그래피를 보완할 수 있는 방법으로, 낮은 비용으로 높은 정밀도를 제공할 수 있다. 이러한 기술들은 미래의 반도체 제조 공정에서 핵심적인 역할을 수행할 것으로 예상된다.

ASML은 EUV 기술의 독보적인 리더로, High-NA EUV 시스템을 제공하고 빠른 처리량과 자동 결함 탐지를 통해 생산성을 향상시키는 데 집중하고 있다. 인텔과 TSMC는 첨단 노드용 EUV 도입을 확대하면서 DSA 및 NIL과 같은 하이브리드 패터닝 기술을 결합해 나노미터 이하의 해상도를 달성하기 위한 연구를 진행 중이다. 삼성은 High-NA EUV 도입을 집중적으로 추진하고 있으며, 장비 업그레이드와 연구 개발에 대규모 투자를 단행하여 메모리 및 로직 장치 제조 분야에서 경쟁력을 강화하고 있다. 도쿄 일렉트론과 어플라이드 머티리얼즈는 레지스트 재료, 계측 도구 및 공정 제어 시스템 혁신을 주도하며 차세대 포토리소그래피와의 호환성을 보장하는 데 주력하고 있다.

포토리소그래피는 현대 반도체 제조의 근간을 확고히 하며, 초소형 고성능 장치의 시대를 열어가고 있다. High-NA EUV의 도래와 함께, 업계는 칩 설계의 한계를 재정의할 수 있는 돌파구를 맞이하고 있다. 주요 기업들은 이러한 혁신을 활용하여 AI, 양자 컴퓨팅 및 차세대 통신 시스템과 같은 새로운 응용 분야를 준비하고 있다. 포토리소그래피가 진화를 거듭함에 따라, 기술 발전과 경제 성장을 이끄는 핵심 동력으로서의 역할은 앞으로도 계속될 것이다.