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반도체 제조의 밑단을 넓혀, 모두가 쾌적하고 편리한 사회를 지원하는 DNP의 「포토 마스크」

스마트폰 등의 정보 단말, 자동차 등의 모빌리티, ATM이나 가전 등 모든 가전제품에 내장되어, 우리의 생활을 지지하고 있는 반도체. 그 제조 과정에서 가장 중요한 부재가 미세한 회로 패턴의 형성에 사용하는 포토 마스크입니다. DNP는 1959년에 포토마스크의 프로토타입에 성공한 이래 일관되게 다양한 제품의 개발과 기술혁신에 도전. 지금은 국제적인 반도체 시장을 지원하는 큰 사업의 기둥이 되고 있습니다. 이 DNP의 포토 마스크의 비밀에 육박합니다.

활기찬 아이콘

활기찬...금속 활자 할아버지. 활자로서의 경력은 100년 이상. 긴 경험으로 길러진 DNP 그룹에 대한 풍부한 지식으로, 여러가지 것을 가르쳐 주는 생자자적인 존재.

잠자리 찬 아이콘

잠자리 짱 ... 인쇄물의 맞춤 용 "잠자리"에서 태어난 캐릭터. 깔끔한 성격으로 구부러진 것이 싫다. 섬세한 걱정으로 활기를 지원합니다.

  • 【인쇄 용어 : 맞추기】 다색 인쇄로 각 색의 판을 겹칠 때의 위치 정밀도가 「정의」. 판면에 넣은 잠자리라고 부르는 레지스터 마크로 전망을 맞춘다.

반도체의 성능을 좌우하는 포토마스크

우선은 이번 테마 「포토 마스크」가 제조에 사용되는 반도체의 설명으로 시작합시다.

반도체는 밥솥이나 전자레인지 등의 가전부터 스마트폰이나 PC, 자동차에 이르기까지 모든 것에 내장되어 있는 현대사회에 빠뜨릴 수 없는 부품입니다. 본래는 물체의 성질을 나타내는 말로, 금속처럼 전기를 흘리기 쉬운 「도체」와 플라스틱과 같이 전기를 통과하기 어려운 「절연체」의 중간의 성질을 갖추고 있기 때문에 「반도체」라고 불리고 있습니다. 이 성질을 이용하여 통전의 온/오프를 전환해 기기를 제어합니다.

반도체의 성능을 좌우하는 것은 이 전기의 흐름을 제어하는 회로 패턴의 정밀도입니다. 회로 패턴의 정밀화 속도는 1965년 인텔사의 창업 멤버가 제창한 '무어의 법칙'에 따르면 '18개월로 두 배가 된다'고 되어 현재 최소 패턴 사이즈는 약 12nm(나노미터, 10억분의 1미터) 정도. 약 100nm 인플루엔자 바이러스보다 미세한 수준입니다. 고성능 반도체가 요구되는 제품 중 하나인 스마트폰을 예로 들자면 2007년에 발매된 초대에 비해 2024년 최신형에서는 약 7만배 이상의 정밀도에 달하고 있다고 합니다.

반도체 이미지 사진

이 반도체를 제조하는 데 중요한 부재 중 하나가 포토 마스크입니다. 사진의 네거티브 필름과 같은 역할을 하고, 반도체 칩의 회로 패턴을 실리콘 웨이퍼라고 하는 기재에 전사하는 원판으로서 이용되고 있습니다. 즉, 얼마나 정밀한 회로를 설계해도 그것을 정확하게 전사하는 포토마스크가 없으면 반도체를 양산할 수 없는 것입니다.

반도체 제조 공정

DNP는 1959년 인쇄공정에서 축적한 미세 가공 기술과 광학설계기술을 합쳐 반도체용 포토마스크 개발에 성공했다. 이후 반도체 메이커에 고화질의 포토마스크 제품군을 계속 개발·제공하고 있습니다.

정밀한 포토 마스크를 만드는 비밀

여기에서는 포토 마스크 자체의 구조를 살펴 보겠습니다. 포토마스크는 반도체 칩의 회로 패턴을 유리나 석영 등에 그린 투명한 판 형상의 부재입니다.

일반적인 포토 마스크의 크기는 150mm 사방 정도. 중앙의 평면부에 흰색으로 그려져 있는 것이 회로 패턴.

포토마스크에 그려지는 회로 패턴은 머리카락 두께의 10만분의 1로 불리는 nm(나노미터) 단위의 초미세한 것으로, 그 제조에는 첨단 기술이 필요하다. 그 중에서도 DNP의 포토마스크는 정밀하고, 또한 결함이나 이물이 적은 것이 특징으로, 약 1.5nm 이하의 치수 균일성을 가지고, 패턴의 위치 어긋남은 2nm 이하입니다. 빛으로 결함을 검출하는 장치의 감도는 35nm로, 100mm 사방을 약 80분으로 검사합니다.

포토마스크 제조 공정

이처럼 오랜 세월에 걸쳐 쌓아온 기술·노하우나 제조 프로세스의 연구에 의해 DNP는 고품질의 포토마스크의 제조를 실현하고 있습니다.

모두가 첨단 기술을 활용할 수있는 미래를 위해 DNP가 목표로

최근, 생성 AI나 VR·AR, 자율주행의 침투에 더해, 이들을 지지하는 대규모 데이터 센터의 수요 확대라고 하는 사회 배경을 받아, 보다 고도의 차세대 반도체가 요구되고 있습니다. 연산 처리가 빠른 차세대 반도체에 의해 배터리 수명이 늘어나거나 데이터 센터의 CO2 배출량을 낮출 수 있는 등 에너지 절약 효과도 기대되고 있습니다. 그에 따라 보다 미세한 회로를 전사할 수 있는 포토마스크도 요구되고 있습니다.

보호 필름이있는 EUV 리소그래피 용 포토 마스크. 이미 3nm 세대의 제조 프로세스 개발을 완료하고 2nm 세대 개발을 시작했다.

그러나 EUV에의 대응은, 기대되고 있는 한편, 새로운 제조 기기를 사용하기 위해 다액의 설비 투자가 필요해, 좀처럼 양산할 수 있는 것은 아닙니다. 자금면을 클리어할 수 없는 반도체 메이커등은 이러한 첨단 영역에 임하는 것이 곤란하고, 각사의 기술 격차가 열려 가는 것이, 최근의 반도체 업계의 과제의 하나가 되고 있습니다.

이러한 과제에 대해 종래 방식에서 EUV 대응에의 틈새를 얻는 것의 하나로서 기대되고 있는 것이 나노임프린트 리소그래피(NIL)입니다. NIL은, 회로 패턴을 형성한 템플릿을 땜납처럼, 수지를 도포한 기판에 압착시켜, 초미세한 패턴의 반도체를 제조하는 기술로, 반도체 제조시의 소비 전력을 종래 수법의 약 10분의 1로 억제할 수 있는 “저소비 전력”이나 “저비용”인 것이 큰 메리트입니다. DNP도 현재, NIL의 양산 대응에 임하고 있어, 그 실현에 의해, 고도의 기술을 짜넣은 반도체를 지금보다 많은 메이커를 만들 수 있게 되어, 반도체 시장 전체의 저조로 이어지는 것은 아닐까 주목을 모으고 있습니다.

20nm 레벨의 미세한 요철을 실현한 NIL(나노임프린트 리소그래피)의 템플릿

DNP는 앞으로도 새로운 성장이 기대되는 EUV 등의 첨단 영역의 개발을 진행하면서 저소비 전력 또한 저비용이라는 점에서 제품 선택을 넓히는 NIL 템플릿의 양산에도 임해 나갈 것입니다. 다양한 포토마스크나 템플릿의 수요에 응하는 것으로, 첨단 영역의 반도체 제조에 많은 기업이 참가할 수 있는 “민주화”와, 쾌적하고 편리한 서비스나 단말을 누구나 즐길 수 있는 사회의 실현에 공헌합니다. 그리고 DNP는 더 나은 미래를 스스로 만들어 나갈 것입니다.

잠자리 찬 아이콘

반도체의 중요도를 감안하면 포토마스크의 책임은 중대하다.

활기찬 아이콘

「DNP의 기술이 세계를 구한다!」라고 생각해, 노력해 주었으면 하는 것이잖아.

  • 기재된 정보는 공개일 현재의 것입니다. 미리 양해 바랍니다.

2024년 9월 24일 by Discover DNP 편집부