High-NA EUV(Extreme Ultraviolet) Lithography

개요

High-NA EUV(Extreme Ultraviolet) Lithography는 반도체 집적도 향상을 위해 기존 EUV 리소그래피의 수치 개구수(NA, Numerical Aperture)를 높인 차세대 미세공정 기술입니다. ASML이 주도하는 이 기술은 0.55 NA를 채택하여 2nm 이하의 해상도 구현이 가능하며, 차세대 고성능 반도체 소자의 생산을 위한 핵심 패터닝 플랫폼으로 각광받고 있습니다.

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1. 개념 및 정의

High-NA EUV는 파장 13.5nm의 EUV 광원을 활용하면서, 광학 시스템의 수치 개구수(NA)를 기존 0.33에서 0.55 이상으로 높여 해상도를 획기적으로 향상시킨 리소그래피 기술입니다.

• NA 정의: NA = n × sin(θ), 해상도와 반비례
• 기술 목표: 2nm 이하 노드 대응, 8nm HP (Half Pitch) 이하 분해능 확보
• 핵심 제조사: ASML의 EXE 시리즈 (EXE:5000 등)

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2. 특징

항목	High-NA EUV 특징	기존 EUV(0.33 NA)와의 비교
해상도	8nm HP 이하 구현 가능	약 13nm 수준 해상도 한계
단일 노광 한계 축소	Multi-patterning 필요성 감소	LELE, SADP 공정 필요함
광학 구조	투사비 8배 이상 증가, 반사경 복잡도 상승	비교적 단순한 반사계

High-NA EUV는 해상도 향상을 위해 시스템 크기와 정밀도 모두를 극한으로 확장합니다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	역할
EUV 광원	CO2 레이저로 생성된 플라즈마 기반 13.5nm 광	고에너지 광자 생성
고NA 반사경 집합	멀티 반사형 미러 시스템	집속된 고정밀 광학 전송 구현
마스크 블랭크	반사형 EUV 마스크	노광 패턴 생성 (Pellicle 이슈 존재)
정밀 스테이지	nm 단위 정렬 시스템	패턴 정확도 및 overlay 정밀 확보

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	목적
DUV vs EUV	DUV(193nm) 한계를 극복	ArF Immersion의 물리적 한계 극복
Telecentricity 확보	고NA에서 입사각 왜곡 최소화	CD(치수) 편차 방지
Stochastic Variation 억제	Shot noise 및 도징 편차 보정	Yield 저하 원인 감소
High-k Resist	고흡수 EUV 감광제 개발	해상도 향상 및 SNR 개선

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5. 장점 및 이점

장점	설명	기대 효과
해상도 향상	2nm 이하 노드까지 구현 가능	차세대 모바일/AI 칩 대응
공정 단순화	Multi-patterning 필요 감소	생산 공정 비용/시간 절감
생산성 개선	Shot 수 감소, throughput 개선	Fabs의 생산 효율 향상

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	설명	고려사항
2nm AI 프로세서	초미세 노드 대응 고밀도 설계	Overlay 정밀도 확보 필요
고성능 메모리 반도체	DRAM/Flash 셀 미세화	노광 영역 평탄도 중요
HPC/GPU 반도체	고열 설계 대응 고집적 배선 구현	패턴 fidelity 유지 과제 존재

Pellicle 투명도, 마스크 결함 및 감광제 개발은 상용화의 관건입니다.

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7. 결론

High-NA EUV 리소그래피는 2nm 이하 노드로 진입하기 위한 필수 노광 기술로, 고해상도 구현과 공정 단순화를 동시에 실현하는 차세대 반도체 제조의 핵심 플랫폼입니다. 초정밀 광학 설계, 감광제 개발, 마스크 안정성 등 해결 과제도 많지만, 양산 체계가 갖춰질 경우 반도체 산업의 또 다른 기술적 도약을 이끌 중요한 기술로 자리매김할 것입니다.