# High Numerical Aperture EUV

## 개요

**Highical Aperture EU**(High-NA EU)는 차세 반도체 리그래피 기술로서 기존의 극자외선(EUV, Extreme Ultr) 리소그래피를전시켜 더욱세한 반도체턴을 형성하기 위한 핵심 기술입니다 반도체 산은 지속적인 미세화(Moore Law)를 위해소그래피의 해상도 향이 필수적이며, High-NAV는 그 해으로 주목받고. 이 기술은 기존의 .33 Numer Aperture(NA)를 넘어서 0.55 NA 수준의 광학 시스템을 채택함으로써, 2nm 이하의 공정 노드에서의 패터닝을 가능하게 합니다.

High-NA EUV는 ASML, 인텔, 삼성전자, TSMC 등 주요 반도체 기업들이 공동 개발 중인 프로젝트로, 2025년 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이 문서에서는 High-NA EUV의 원리, 기술적 특징, 도전 과제, 그리고 산업적 의미를 중심으로 설명합니다.

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## 기술적 배경

### 리소그래피의 해상도와 NA

반도체 리소그래피에서 해상도는 패턴을 얼마나 미세하게 형성할 수 있는지를 결정하는 핵심 요소입니다. 해상도($R$)는 다음과 같은 **레이리 해상도 공식**(Rayleigh criterion)으로 표현됩니다:

$$
R = k_1 \cdot \frac{\lambda}{NA}
$$

- $R$: 최소 해상도 (패턴의 최소 피치)
- $\lambda$: 노광에 사용되는 빛의 파장 (EUV의 경우 13.5 nm)
- $NA$: Numerical Aperture (수치 조리개)
- $k_1$: 공정 계수 (공정 최적화에 따라 달라짐)

해상도를 높이기 위해서는 파장을 줄이거나 NA를 증가시켜야 합니다. EUV 리소그래피는 기존의 193nm ArF 엑시머 레이저 대비 파장을 크게 줄여 해상도를 향상시켰으며, High-NA는 이 방향을 더욱 강화하는 기술입니다.

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## High-NA EUV의 핵심 특징

### 1. Numerical Aperture의 증가

- **기존 EUV 시스템**: NA = 0.33
- **High-NA EUV 시스템**: NA = 0.55

NA가 0.55로 증가하면 해상도는 약 1.67배 향상됩니다. 이는 2nm 이하 공정에서 단일 패터닝으로도 복잡한 다중 패터닝(Multi-Patterning) 없이 고해상도 패턴을 형성할 수 있게 해줍니다.

### 2. 반사광학 시스템의 변화

EUV 리소그래피는 13.5nm의 극자외선을 사용하기 때문에, 일반적인 투과형 렌즈 대신 **다층 반사 미러**(Multilayer Mirrors)를 사용합니다. High-NA EUV는 이 반사광학 시스템을 새롭게 설계하여:

- 더 큰 입사각을 허용
- 더 높은 해상도와 깊이 방향 초점 깊이(Depth of Focus, DOF) 향상
- 비대칭 광학 경로를 채택 (asymmetric illumination)

이를 통해 더 정밀한 패턴 형성이 가능합니다.

### 3. 새로운 광학 설계: 비대칭 조리개 구조

High-NA EUV는 기존의 대칭 광학 설계를 벗어나, **비대칭 조리개**(asymmetric illumination)와 **자기장 기반 전자 빔 스테어링** 기술을 도입합니다. 이는 광학 왜곡을 보정하고, 패턴의 균일성을 높이는 데 기여합니다.

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## 기술적 도전 과제

### 1. 광원 강도 및 생산성

- Higher NA는 더 많은 빛을 필요로 하며, 이에 따라 **EUV 광원의 출력**(Power)이 더욱 중요해집니다.
- 현재 EUV 광원은 500W 수준을 목표로 하고 있으나, High-NA에서는 이보다 더 높은 출력이 요구될 수 있음.
- 낮은 광원 출력은 웨이퍼 처리 속도(Wafer per hour, WPH) 저하로 이어져 생산성에 악영향을 줌.

### 2. 광학 왜곡 및 보정

- NA가 높아짐에 따라 광학 왜곡(Aberration)이 증가하고, 이는 패턴 정밀도 저하로 이어질 수 있음.
- 이를 해결하기 위해 **실시간 광학 보정 시스템**(in-situ aberration correction)과 고성능 알고리즘이 필요.

### 3. 마스크 및 레티클

- High-NA에서는 기존의 마스크 설계도 변경되어야 함.
- **3D 마스크 효과**가 더욱 두드러지며, 이는 이미지 품질 저하를 유발할 수 있음.
- 따라서 **이상적인 마스크 두께 및 구조 최적화**가 필수.

### 4. 코히어런트 효과 및 근접 효과

- 높은 NA는 코히어런시(coherence)를 높여 **간섭 패턴**의 영향을 증가시킴.
- 이로 인해 근접 효과(Proximity Effect)가 심화되어, 복잡한 OPC(Optical Proximity Correction) 알고리즘 요구.

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## 산업적 의미와 전망

### 1. 2nm 이하 공정의 핵심 기술

High-NA EUV는 2nm, 1.4nm 공정에서 기존의 EUV를 대체할 핵심 기술로, **다중 패터닝의 복잡성과 비용을 줄이는 데 기여**합니다. 이는 반도체 제조의 총소유비용(TCO) 절감에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

### 2. 주요 참여 기업

- **ASML**: High-NA EUV 노광장비(EXE:5000 시리즈) 개발 중, 2025년 양산 목표
- **인텔**: 초기 도입 예정, IDM 2.0 전략의 핵심
- **삼성전자, TSMC**: R&D 단계에서 평가 진행 중

### 3. 생산성 및 비용 문제

- High-NA EUV 장비는 기존 EUV보다 훨씬 고가이며, 1대당 **3억 달러 이상**의 비용이 예상됨.
- 초기 도입 시 생산성이 낮을 수 있으나, 향후 기술 개선을 통해 WPH 향상이 기대됨.

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## 참고 자료 및 관련 문서

- ASML 공식 발표자료: [ASML High-NA EUV](https://www.asml.com)
- IEEE Spectrum: "The Next Step in Chip Making: High-NA EUV Lithography"
- SEMI: "Future of Lithography Beyond 3nm"
- 관련 기술 문서: OPC, EUV Source Power, Multilayer Mirrors, Aberration Correction

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## 결론

High Numerical Aperture EUV는 반도체 미세화의 다음 단계를 이끌 기술로서, 2nm 이하 공정에서 필수적인 역할을 할 것입니다. 기술적 난이도는 높지만, 해상도 향상과 패터닝 단순화를 통해 반도체 산업의 지속적인 발전을 가능하게 할 핵심 인프라입니다. ASML을 중심으로 한 글로벌 협력이 성과를 내고 있으며, 2025년을 전후해 본격적인 상용화가 예상됩니다.