반도체 업계에서 2나노 이하가 불가능하다고 결론 내린 이유는
더이상 물리적으로 빛의 크기를 줄일수가 없다는거고
누설전류를 막을수 없다는것 때문이였어.
빛의 크기를 줄이는것과 누설 전류를 막는것, 이 난제가 해결되었지.
현재 반도체 생산 공정에서 웨이퍼를 포토 공정으로 찍어내듯이 그려내는데,
포토 공정에서 빛의 밀도를 낮춘뒤, 상이 조금 더 뒤로 밀리게 한다는게,
바로 형상의 크기를 줄인다는것을 이해하게 된거지.
현재 생산되는 2나노보다 약 1조배 이상도 작게 만들수 있어.
렌즈 필터 ND1000000의 경우, 투과된 빛의 밀도를 1/100만으로 낮춰주는 필터고,
광학계에서 자주 사용되는 필터야.
이것을 2개를 겹치게 되면 빛의 밀도가 1조배 낮아지게되지.
이 낮아진 밀도의 빛이 공기에 노출되면 빛의 에너지가 사라지겠지.
그래서 진공상태에서 해야되고,
렌즈 필터를 통과하는 과정에서도, 렌즈 필터에 의해서 빛의 에너지가 사라져
형상이 무너질수있기 때문에,
일정 에너지가 모였을때, 렌즈를 통과했을때 형상이 무너지지 않는 조건에서 빛을 투과시키도록 하는게 중요하겠지.
렌즈 필터를 통과해도 형상이 손상되지 않는 최소한의 단위면적당의 에너지 밀도로 렌즈를 통과해야 한다는 말이야.
그리고 그 빛이 축소 렌즈를 통해, 하나의 접점에서 만나게 하는거야.
그러면 0.001CM가 뒤로 밀렸는데, 크기는 약 1조배가 작아지게 되는거지.
1조배가 작아지게 되면 너무 작아서 육안으로 웨이퍼의 형상을 확인할수가 없는데,
단위면적당 발생하는 에너지량으로 축소배율을 측정할수있게 되고,
상이 맺히는 정확한 지점을 설정해야겠지.
그런데 이 빛의 크기를 줄이는것외에도 중요한게 바로 해상도인데,
현재 ASML에서 개발중인 EUV - NA 같은 경우, 반사각을 모아 빛을 더 모아서,
해상도를 높이는거야.
쉽게 말하면 100만배 확대하려면, 빛을 다양한 각도에서 최대한 모아서
빈 공간을 체워서 해상도를 높여야돼, 안그러면 점차 형상이 흐릇하게 보여지겠지.
그런데 확대가 아니라 축소 공정에서는 다르게 작동해,
상이 맺히는 지점을 뒤로 미루어서, 단위면적당 에너지 밀도가 높아져서,
형상이 겹쳐지면서, 형상이 깨져버리지.
그래서 축소 배율에 맞게 빛의 밀도를 반드시 낮춰줘야 한다는거야.
확대에서 해상도를 높이려면 빈 공간을 체우도록 빛을 모아야 해상도가 높아지는 반면,
축소에는 빛의 밀도만 낮춰주면 오히려 해상도가 좋아지면서, 축소 배율에는 한계가 없다는거지.
EUV 레이저에서 6인치 마스크에 빛을 쏴서 반사된 빛을 축소하는데,
6인치가 아니라 12인치로 만드는거야. 형상의 크기를 만들고, 형상을 더 미세하고 정교하게 만드는거지.
그리고 빛을 충분하게 쏴주는거야.
그리고 그 빛이 반사되면 ND 100000을 통과하게 되고, 빛의 밀도가 낮아진 빛의 에너지가
일정 단위면적당 에너지 밀도를 가지게 되면 다시 ND100000을 통과해서,
1조배 만큼 빛의 밀도가 낮아지게 되고, 포토공정으로 반도체에 포토공정으로 그려내는거지.
이때 포토 공정을 찍어내기 전에, 테스트용 반도체에서 단위면적당 에너지 밀도로 축소배율을 측정하는거야.
에너지 밀도가 높으면 웨이퍼가 0.001CM 앞으로 가고, 낮으면 뒤로가고 미세 조정을하는거지
그리고 마스크 앞에 펠리클이 설치되어있지 않으면, EUV 레이저에 열 에너지 의해서
미세먼지가 생기면서 마스크가 망가지기 때문에 펠리클을 설치하는거야.
이것까지 고려해서, 빛의 렌즈 필터 설치를 결정해야겠지.
그리고 난 다음이 누설 전류인데,
반도체가 나노화되는 과정에서 전자의 크기가 상대적으로 작아진다는거야.
그러다 보면 웨이퍼의 산화막의 밀도가 동일하더래도,
균열이 상대적으로 커지는거지.
100나노일때와 1나노일때를 비교하자면, 같은 밀도의 웨이퍼 산화막을 만들었을때,
100나노일때 누설전류가 적었는데, 1나노일때 누설전류가 늘어나는거야.
웨이퍼에 흐르는 단위 전자의 크기가 작아지면서,
상대적으로 산화막의 균열이 커졌기 때문이지.
그래서 웨이퍼를 밀도가 높이도록 그래핀으로 코팅하는거야
그리고 웨이퍼 산화막을 만들고, 산화막을 건식으로 만들어서,
산화막의 밀도를 높여줘서, 누설전류가 발생하지 않도록 하는거지.
여기서 식각 공정에서 좀 더 깊게 식각을 하고, 그 안에 밀도가 높은 절연체를 넣어주고,
고압 프레스로 누르고, 그 뒤에 한번 더 식각공정을 해서 누설전류를 막아줄수도있어.
그 다음은 소자 성형에 대해서 이야기해야하는데,
삼성 반도체 소자 성형에 대해서 한번 더 다루자면,
GAAFET은 고전압 고클럭에 적합한 소자 형태고, MBCFET은 저전압 저클럭에 적합한 소자 형태야.
웨이퍼의 산화막 밀도가 동일한데,
반도체의 크기가 작아지면서, 산화막의 균열이 상대적으로 커지면서,
누설전류량이 증가하게 되고, 스케일링 현상이 생기는거야.
산화막의 밀도를 높이지 못한다면 소자 성형과 별개로 누설전류가 늘어난다는거지.
소자 성형은 고전압 고클럽을 할것인가, 저전압 저클럭을 할 것인가에 관한 문제라고 할수있어.
현재 추세는 소자 성형을 통해서, 전압을 낮추고, 폭을 넓혀서, 발열을 줄이는건데,
전압이 낮아진 만큼 누설 전류량이 감소하기 때문이야. 만약에 웨이퍼의 밀도를 높여서, 누설전류가 줄어들면,
고전압 고클럭의 시대가 찾아오게 되는거지.
그러면 MBCFET에서 GAAFET으로 다시 회귀할수있다는거야.
1나노보다 약 10억배 작은 1아토 반도체가 10년~20년 안에 만들어질지도 몰라.
빛의 크기를 줄이는 난제, 그리고 해상도를 높게 구현하는 방법과 누설 전류 문제를 해결할수있으닌깐,
1세대가 걸려도, 2세대가 지나도 결코 이룰수 없는 꿈의 1아토 반도체,
단, 10년만에 상용화 된다면 엄청난 변화가 있겠지.
1아토 반도체 시대가 들어오면 PC는 사라지게 되고,
스마트폰 한대만 있으면 슈퍼 컴퓨터 이상의 성능을 가지면서,
전성비는 훨씬 좋아지면서, CPU,GPU,메모리,SSD가 하나로 통합될꺼야.
