中, '입자가속기' 사용한 반도체 노광기 개발 추진

중국이 미국의 반도체 제재를 우회하기 위해 입자가속기를 사용한 노광기(리소그래피, 반도체 제작공정 중 실리콘 웨이퍼에 회로를 새기는 기계) 개발을 추진 중이라고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 25일(현지시각) 보도했다.

중국은 입자가속기로 만든 새로운 광원을 통해 반도체 제조방식을 바꾸고자 한다. 현재 농구 코트 두 개 크기인 100~150미터 둘레의 입자 가속기를 건설할 계획으로 가속기의 전자빔은 반도체 제조와 과학적 탐구를 위한 고품질 광원으로 변환될 예정이다.

칭화대 연구팀은 이 최첨단 프로젝트를 위한 건설 부지를 선정하기 위해 허베이성 시온가 신구 당국과 활발히 논의하고 있다.

SCMP에 따르면, 이 프로젝트는 단일 가속기 주변에 여러 대의 노광기를 설치할 수 있는 거대한 공장을 만드는 것을 목표로 하고 있다. 프로젝트가 성공하면 대량의 반도체를 저비용으로 생산할 수 있으며 중국을 2nm(나노미터) 반도체와 그 이상의 첨단 칩 산업 생산에서 선도적인 위치로 올려놓을 수 있다.

중국은 미국의 수출제재로 극자외선(EUV) 노광기를 수입할 수 없어 초미세 공정으로 만든 반도체를 생산하기 어려운 상황이다. EUV 노광기를 개발할 수 있는 회사는 네덜란드의 ASML이 유일하며 2022년 말 기준 ASML은 180개의 EUV 노광기를 납품했다. 지난 4월에 발표된 블룸버그 보고서에 따르면 올해 60대의 EUV를 출하할 계획이다.

많은 연구자가 ASML의 기술을 쫓고 있지만, 중국 과학자들은 다른 길을 모색하고 있다. 이 프로젝트는 2017년부터 진행되어 왔지만, 화웨이가 최근 반도체 제조 분야에서 획기적인 성과를 거두면서 최근 대중의 주목을 받게 됐다.

칭화대학교의 탕 촨샹 교수는 대학 웹사이트에 올린 보고서에 "우리 연구의 잠재적 응용 분야 중 하나는 미래 EUV 노광기의 광원"이라며 "이것이 바로 국제 사회가 주목하는 이유라고 생각한다"고 밝혔다.

연구팀의 연구 배경이 되는 이론은 정상상태 마이크로 번칭(SSMB)이라는 새로운 발광 메커니즘이다. 이 이론은 2010년 스탠퍼드대학이 자오 우 교수와 그의 제자 다니엘 래트너가 처음 제안했다.

SSMB 이론은 가속 중인 하전입자가 방출하는 에너지를 광원으로 쓴다. 그 결과 좁은 대역폭, 작은 산란 각도 및 연속적인 순수 EUV 광이 생성된다. 하전입자는 전기(전하)를 띤 입자로, 대표적인 것이 양성자, 전자, 이온 등이나, 알파 입자, 헬륨 핵이며 가속될 때 빛을 방출한다.

자오 교수는 지난 2022년 10월 칭화대에서 발표한 학술 보고서에서 "이 장치는 0.3mm 파장의 테라헤르츠파부터 13.5nm 파장의 극자외선까지 고품질 방사선을 생성할 수 있다"며 "SSMB는 높은 평균 출력으로 연속적인 빛을 생성한다"고 밝혔다.

SCMP는 현재 ASML의 EUV 기술에 비해 SSMB가 더 이상적인 광원이라며 반도체 생산량은 더 많으면서도 단가는 더 낮다고 소개했다.