역사적 발전을 살펴보면, 리소그래피 기계(특히 집적 회로 제조의 프런트 엔드 프로세스에 사용되는 기계를 지칭함)의 진화와 적용에는 많은 우여곡절이 있었습니다. 전반적으로 주목할만한 두 가지 기간이 있습니다. 첫 번째는 ASML이 몰입형 기술을 활용하여 이전 업계 리더를 능가하는 지배적인 플레이어로 등장했을 때입니다. 이것은 기술의 전쟁이었습니다. 두 번째 시기는 극자외선(EUV) 리소그래피 상용화와 함께 시작됐다. 제한된 EUV 용량을 놓고 경쟁하는 TSMC, 삼성, 인텔 간 첨단 공정 노드(16nm부터 시작) 경쟁이 심화되면서다. 이것은 기업의 전쟁이었습니다.

현 상황에서 노광기 경쟁의 세 번째 물결이 다가오고 있으며, 이전 두 차례의 경쟁 물결보다 더 복잡하고 치열해질 것으로 예상됩니다.

첫 번째 물결: 반격

1957년 미 육군 연구소의 Jay Lathrop과 James Nall은 개별 트랜지스터를 연결하기 위해 세라믹 기판에 금속 스트립을 증착하는 데 사용되는 포토리소그래피 기술에 대한 특허를 받았습니다. 1959년에 Lathrop은 Texas Instruments에 입사했고 Nall은 Fairchild Semiconductor에 입사했습니다. 1958년 Jay Last와 Robert Noyce는 단일 웨이퍼에 많은 트랜지스터를 만들기 위해 포토리소그래피를 사용하여 Fairchild Semiconductor에서 최초의 "스텝 앤 리피트(step-and-repeat)" 카메라를 제조했습니다. 이것이 포토리소그래피 기계의 프로토타입이었습니다.

1980년대에는 미국의 GCA Corporation이 세계 사진 평판 기계 시장을 장악하고 있었습니다. 그러나 적절한 검사도 없이 고객에게 장비를 성급히 납품하다 보니 수백 개의 불량 렌즈가 시장으로 보내졌습니다. 거의 같은 시기에 일본의 Nikon은 포토리소그래피 기계의 포커싱 시스템을 개선하고 더 큰 개구수를 갖춘 g-라인 대물렌즈를 개발하여 시스템이 포토레지스트에 작은 패턴을 더 명확하게 투사할 수 있게 했습니다. 이러한 혁신으로 인해 Nikon은 빠르게 시장을 장악하게 되었고 고객들은 GCA의 사진 평판 기계를 포기하게 되었고 이로 인해 GCA는 급속히 쇠퇴하게 되었습니다.

동시에 Canon은 시장에서 승인된 제품도 출시하여 Nikon과 함께 당시 사진 평판 기계 업계의 두 리더 중 하나가 되었습니다.

한편, ASML은 스텝 앤 스캔 포토리소그래피 장비 분야의 성공을 바탕으로 특히 시장에서 높은 평가를 받은 대표적인 제품인 PAS 5500을 통해 점차 따라잡았습니다. 수년간의 노력 끝에 ASML은 스텝 앤 스캔 포토리소그래피 기계 시대의 거대 기업이 되었습니다.

그러나 당시 ASML의 업계 지위는 지금처럼 두드러지지 않았고, 니콘이나 캐논에 비해 살짝 열세였다.

사진 평판 기계 산업에서 ASML의 지배력은 193nm에서 157nm로 프로세스 업그레이드에서 비롯되었습니다. 이전에는 스텝 앤 스캔(Step-and-Scan) 포토리소그래피 기계가 건식(노광 매체는 공기) 기술 경로를 사용했으며 더 높은 수준의 노광 광원을 사용하여 기술 발전을 지원했습니다. 더 높은 해상도를 추구하기 위해 광원의 파장을 초기 365nm에서 248nm로, 이후 193nm로 변경했습니다. 그 이후에는 이 기술적 경로를 계속 진행하는 것이 어려웠습니다.

당시 업계는 기술 개선과 파괴라는 두 가지 선택에 직면했습니다. 두 거대 기업 Nikon과 Canon은 기존 기술 경로를 개선하기로 결정한 반면, ASML은 새로운 몰입 기술이 등장했기 때문에 도박을 선택했습니다.

TSMC의 과학자였던 Benjamen Lin이 제안한 침지 리소그래피는 물을 침지 매체로 창의적으로 사용했습니다. 원래의 193nm 파장 광원을 그대로 사용했지만 물의 굴절을 통해 포토레지스트에 들어가는 파장이 134nm로 감소했습니다. 193nm 광원의 굴절률은 공기 중에서 1이고 물 속에서는 1.4입니다. 이는 동일한 광원 조건에서 이머젼 리소그래피 장비의 해상도를 1.4배 향상시킬 수 있음을 의미합니다.

그러나 이 기술은 당시로서는 너무 대담해 보였고 기술적인 어려움과 비용도 높았습니다. 전통적인 리소그래피 기술의 수혜자들은 이를 받아들이기를 꺼려했습니다. Lin은 침지 리소그래피를 홍보하고 자신의 아이디어를 리소그래피 기계 제조업체에 판매하기 위해 미국, 일본, 독일 및 네덜란드를 여행했습니다. 그러나 그는 대부분의 업계 거대 기업들로부터 거절을 당했고 Nikon은 심지어 TSMC에게 그를 "죽이도록" 압력을 가하기도 했습니다.

이런 상황에서 Lin은 ASML에 마지막 희망을 걸었고 ASML은 그를 실망시키지 않았습니다. 기술과 산업 발전이 갈림길에 이르렀을 때 ASML은 파괴적인 혁신을 선택하고 도박에서 승리했습니다.

2003년 ASML과 TSMC는 최초의 침지 노광 장비인 TWINSCAN XT:1150i를 개발하기 위해 협력했으며, 이듬해에는 개선된 버전이 출시되었습니다. 같은 해, 연구 개발이 더디게 진행되던 Nikon은 마침내 157nm 건식 리소그래피 기계의 프로토타입을 출시했습니다.

하나는 원래의 193nm 광원을 사용해 물을 통해 132nm 파장으로 진화한 신기술이었고, 다른 하나는 157nm 파장의 프로토타입이었다. 침지 리소그래피의 장점은 분명했습니다. 이 기술은 현재 65nm 노드까지 32nm, 16nm, 7nm, 3nm 등 후속 공정 노드의 주류 리소그래피 솔루션이 되었습니다.

선택은 노력보다 큽니다. ASML은 올바른 선택을 한 반면 Nikon과 Canon은 잘못된 선택을 했습니다. 시장은 재빠르게 침지식 리소그래피 기계를 수용했고, 기존의 건식 리소그래피 제품은 먼지가 쌓이는 창고에 방치되었습니다. 이로 인해 Nikon과 Canon의 수십억 달러에 달하는 연구 개발 비용이 낭비되고 시장 점유율이 크게 감소했습니다. 15년 이전 2000년 동안 ASML은 시장 점유율이 10% 미만인 리소그래피 기계 상위 계층에서 가장 작은 플레이어였습니다. 이머젼 리소그래피가 상용화되면서 2008년에는 ASML의 시장점유율이 60%에 달해 독보적인 위치를 점하게 됐다.

기술 중심의 리소그래피 기계 경쟁의 첫 번째 물결이 끝나고 ASML이 승자로 등장했습니다.

계속하려면 ...