Interview | 마크 멜리어-스미스 CEO 몰레큘러 임프린트
몰레큘러 임프린트(www.molecularimprints.com)는 세계적인 나노패터닝 장비 및 공정개발 전문업체로, 한국을 포함한 전 세계 주요 반도체 생산 지역에 고객을 두고 있다. 몰레큘러 임프린트의 핵심 기술은 J-FILTM 또는 Jet and FlashTM 임프린트 리소그래피라는 나노패터닝 기술로, 이는 매우 작은 피처(feature)들을 포함하는 디바이스의 양산에 적합하다. 현재 고집적 메모리 반도체 업계 및 하드디스크 드라이브 업계에서 개발 및 시험 생산용 시스템들이 이용되고 있다. 몰레큘러 임프린트는 또한 전세계 주요 반도체 제조업체들로 구성된 권위 있는 나노일렉트로닉스 컨소시엄인 Sematech과 같은 조직과도 긴밀한 협력을 맺고 있다. 2011년에는 하드 디스크 드라이브 양산에 처음으로 이 기술이 도입될 것으로 기대되며, 20011년에는 22nm 하프 피치 노드의 반도체 메모리 생산에도 적용될 것으로 예상된다.
(정리 신윤오 기자)
- 몰레큘러 임프린트의 핵심 기술에 대한 소개를 부탁한다.
우리의 기술은 광리소그래피 기술과 많은 공통점을 갖고 있는데, 오늘날 반도체 생산에 이용되고 있는 일반적인 AAPSM(alternating aperture phase shift mask)과 비슷하게 회로 패턴이 쿼츠 원판에 식각되는 방식이다. 그 다음 일반 반도체 생산에 사용하는 I-라인 레지스트와 비슷한 저점도의임프린트 물질로 원판과 웨이퍼의 간격을 채운다. 임프린트 물질은는 IntelliJet™이라는 '잉크젯 유사' 기술을 이용하여 분사한다. GDS 도면 정보를 이용하여, 피코리터 정도 크기의 레지스트를 필요한 곳에 정밀하게 분사한다. 이로써 패턴 충실도가 엄청나게 향상되고, 10nm 이하에서는 사실상 LER(line edge roughness)이 전혀 생기지 않으며, 결함률도 낮아진다.
- 그렇다면 다른 임프린트 기술과 차이점은.
대부분의 다른 임프린트 기술은 열가소성 몰딩에 의존하는 경향이 있는데, 이는 J-FIL이 제공하는 정밀도, 정확도 및 낮은 결함률에 비해 뒤떨어진다. 전형적인 I-라인 수은 광원에 레지스트를 노출시키고 나면, 원판이 제거되고 웨이퍼에는 경화된 레지스트 패턴만 남게 된다.
- 몰레큘러 임프린트의 기술은 국내 반도체 산업과 얼마나 밀접한 관계를 맺고 있는가.
한국은 전세계 비휘발성 메모리 생산의 상당 부분을 차지하고 있으며, 국내 반도체 업체들이 무어의 법칙 유지를 위해 고군분투함에 따라
- 국내 기업과의 협력은 어떠한가.
자사의 패터닝 기술은 미래 기술 노드에서 경쟁적 이점을 제공하기 때문에 업체들은 이러한 협력 부분을 기밀사항에 붙이고 있다. 공식적인 발표가 있지 않는 한 어떠한 협력에 대해서도 상세히 밝힐 수 없는 입장이다. 그러나 삼성이 1년 전에 비슷한 내용을 발표한 적은 있다. 삼성은 2008년 SPIE 최신 리소그래피 컨퍼런스에서 우리의 나노패터닝 장비를 이용한 풀 필드 38nm 하프 피치 CD 게이트 레벨 설계 연구의 일부분을 논문을 통해 밝혔다. 이와 함께 삼성은 기존 리소그래피 기술과의 믹스앤매치 전략을 위해 디바이스 프로토타이핑 및 평가의 실행 가능성을 결정하는 것이 다음 과정이 될 것이라고 밝히기도 했다.
- 삼성 및 기타 반도체 업체들이 발표한 결과에 대해 좀 더 자세히 말해달라.
삼성은 28nm 에서 나노임프린트 기술을 이용해 어떻게 풀 필드 오버레이 컨트롤과 에치 패턴 트랜스퍼를 시연했는지에 대해 상세히 밝혔다. 또한 DNP(Dai Nippon Printing)의 풀필드 임프린트 마스크를 사용했다는 것을 확인시켰고, 우수한 LWR(Line Width Roughness)과 CD 균일도를 발표하기도 했다. 도시바 또한 SPIE 2008과 그밖에 다른 글로벌 리소그래피 및 나노테크놀로지 학회에서 논문을 발표했으며, 우리의 나노패터닝 장비와 DNP의 임프린트 마스크를 이용해 22nm 하프 피치 패턴을 만들었다. 삼성과 도시바의 경우 관련 업계의 일부 사람들이 나노임프린트 마스크 문제와 관련해 갖고 있었던 여러 가지 우려 사항들을 말끔히 해소해 주었다. IBM은 우리의 기술을 이용해 기능 디바이스를 만들고 그 결과를 발표했으며, 그보다 앞서 HP는 나노임프린트 연구를 발표했다. 마지막으로 반도체 산업 연구 컨소시엄인 Sematech은 양산 제조에 J-FIL 기술이 적합한지 여부를 테스트하기 위해 최근 Imprio 300 시스템을 구입했다. Sematech이 아직은 어떠한 발표도 하지 않았지만, 우리는 곧 발표가 있을 것으로 기대하고 있다. 그 이유는 Sematech은 일반적인 제조회사들이 흔히 자신들의 지속적인 발전을 가능케 하는 핵심 기술을 철저히 기밀로 유지해야 하는 것과 같은 치열한 경쟁 상황에 놓여 있는 것이 아니기 때문이다.
다른 리소그래피 기술이 아닌 J-FIL 기술을 채택하려고 하는가.
세계적인 비휘발성 메모리 제조업체들이 가장 중요하게 생각하는 2가지는 분해능과 비용인데, 공교롭게도 이것은 바로 J-FIL의 가장 큰 장점이다. 메모리 업체들이 J-FIL 기술의 첫 번째 도입자가 된 이유 중의 하나가 바로 여기에 있다. 또 다른 이유는 지난 40년 동안 많은 기업들이 비트 당 더 적은 비용으로 보다 나은 분해능을 갖는 디바이스를 생산하기 위해 광 리소그래피 기술의 발전 성과를 충분히 활용할 수 있었던 것은 사실이지만, 이제는 상황이 달라지고 있다는 점을 꼽을 수 있다. 현재 제조업체들은 2009년 32nm 노드에서 2011년 22nm를 목표로 디바이스 생산 계획을 세우고 있다.
- 22nm 공정에서 J-FIL 기술과 다른 리소그래피 기술의 차이점은.
22nm 하프 피치 노드에서 3가지 리소그래피 기술 후보가 있다. 바로 더블 패터
- 양산에 J-FIL을 적용하는데 있어 극복해야 할 과제는 무엇인가.
분해능이 10nm 이하로까지 가능하다는 것이 시연을 통해 밝혀졌음에도 불구하고, 우리는 시스템의 결함률과 오버레이, 쓰루풋 성능을 더욱 개선하기 위해 노력하고 있으며, 실험실 수준이 아닌 실제 생산과 관련해서도 많은 진전을 이루었다. 결함률의 경우는 매년 몇 배씩의 향상이 거듭되고 있으며, 이머전 리소그래피와 같은 발전 속도를 보이고 있다. 오버레이에서도 많은 진전을 이루었는데, 22nm 노드에 대한 반도체 제조 요구사항을 충분히 만족할 만큼의 성과가 만들어졌다. 공정 속도의 경우, J-FIL은 클러스터링 전략에 매우 적합하다. 우리의 임프린트 모듈은 광 리소그래피의 크고 무거운 렌즈와 고가의 레이저 광원에 비하여 비용이 매우 저렴하다. 다중 모듈은 단일 플랫폼에 맞추어 쉽게 엔지니어링 할 수 있다. 이는 하드 디스크 드라이브에서 패턴 미디어를 위해 HD2200 플랫폼에서 이미 달성한 바 있다. 이로써 광리소그래피의 쓰루풋과 상당히 경쟁적인 수준까지 양산 제조 구성에서 2배, 3배 심지어는 4배까지의 향상된 공정속도를 달성할 수 있다.
-J-FIL이 하드 디스크 드라이브에 처음 이용된다고 들었다. 관련 애플리케이션은 무엇이며, 여기에서 J-FIL의 이점은 무엇인가.
하드디스크 드라이브 산업은 ‘면밀도(areal density)‘라는 나름의 무어의 법칙에 의해 이끌어져 왔다. 매체의 저장 용량은 늘림과 동시에 사이즈와 비용은 줄이는 것이 기술적 과제였다. 반도체 기반의 광리소그래피를 이용해 읽기/쓰기 헤드의 크기를 줄이고 수평 자기 매체(horizontal magnetic media)에서 수직으로 전환함으로써 이와 같은 부분을 해결할 수 있었다. 그러나 이러한 방법을 이용해 HDD 생산업체들이 500-700GB/in2의 성능을 달성할 수 있겠지만, 그 이상은 한계가 있다. 자기 메모리 엘리먼트는 매우 작고 조밀하게 패키징 처리되어 자기 밀폐 방식(magnetic confinement)만을 사용하면서 신뢰성이 더욱 떨어지게 되었다. HDD 로드맵은 나노패터닝 디스크가 실제 간격이 분리되어 있는 메모리 엘리먼트를 제공할 수 있도록 요구하고 있다. 첫 단계는 공통 중심점을 가진 수 많은 원형의 패턴으로 메모리 엘리먼트를 1차적으로 분리시키는 DTR(Discrete Track Recording)이 될 것이다. BPM(Bit Patterned Media)은 앞으로 몇 년이 좀 더 걸릴 것으로 예상된다. BPM은 각 비트당 완벽한 간격 분리를 제공한다. 1TB/ in2의 "장벽"을 깨기 위해서는 디스크 당 1-2달러 미만의 비용으로(각각의 직경이 20nm 정도인) 10조의 필러(pillar)가 디스크의 양면에 인쇄되어야 한다. J-FIL은 이러한 쓰루풋(시간당 350개 디스크), 분해능(20nm 미만) 및 비용(디스크당 1-2달러 미만)을 모두 달성할 수 있는 유일한 기술이다. 몰레큘러 임프린트는 이미 11대의 HDD 시스템을 전세계 HDD 및 패턴 미디어 생산업체에 공급함으로서 이 분야의 선도업체임을 증명했다.
그림 1. J-FIL(Jet and Flash Imprint Lithography) 공정 개요
그림 2. 45nm에서 단일 노출 193nm 액침(이머전)과 비교해 22nm 하프 피치에서의 다양한 리소그래피 옵션에 대한 CoO 계산
그림 3. 38nm 하프피치 NVM(non-volatile memory) 구조에 대한 J-FIL
결과를 보여주는 삼성의 SEM 이미지
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