중국, 'DUV 레이저 국산화' 성큼...반도체 미세공정 판도 흔드나

중국이 반도체 미세공정에 필수적인 심자외선(DUV) 레이저를 고체 형태로 개발하는 데 성공, 기술 자립에 한 걸음 더 다가섰다고 제노 스펙트럼이 지난 23일(현지시각) 보도했다.

중국과학원 항공우주정보연구원 GBA(광둥-홍콩-마카오 대만구) 지부 연구팀은 반도체 칩 제조에 사용되는 파장 193nm의 DUV 레이저 광원을 고체 형태로 개발했다고 발표했다. 이 연구 결과는 과학 학술지 '어드밴스드 포토닉스 넥서스(Advanced Photonics Nexus)'에 게재됐다.

이번 성과는 기존 가스 기반의 엑시머 레이저 대신 고체 레이저를 사용했다는 점에서 주목받는다. 연구팀은 자체 제작한 Yb:YAG(이터븀 도핑 이트륨 알루미늄 가넷) 결정 증폭기를 이용, 여러 광학 프로세스를 조합해 193nm DUV 레이저를 구현했다.

개발된 레이저 시스템은 6kHz의 주파수에서 작동하며, 평균 출력 70mW, 선폭 880MHz 미만의 성능을 보였다. 특히, 1553nm 빔에 '나선형 위상판'을 적용, '궤도 각운동량'을 갖는 '소용돌이 빔'을 생성하는 데 세계 최초로 성공했다. 연구팀은 이 기술이 웨이퍼 처리, 결함 검사, 양자 통신 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
현재 상용 DUV 리소그래피 장비는 8~9kHz 주파수, 100~120W 출력의 ArF 엑시머 레이저를 사용한다. 중국 연구팀의 고체 DUV 레이저가 상용화되기 위해서는 출력 향상 등 추가적인 기술 개발이 필요한 상황이다.

연구팀은 논문에서 "1030nm에서의 펌프 파워를 증가시키면 193nm 레이저 출력을 수백 mW, 잠재적으로는 와트(W) 수준까지 확장할 수 있다"며 "더 높은 비선형 계수를 갖는 결정을 채택하면 목표 달성 가능성이 대폭 높아진다"고 밝혔다.

현재 1200mm × 1800mm 크기의 광학 테이블을 차지하는 시스템은 향후 소형화를 통해 산업 현장의 요구 조건을 충족시킬 수 있을 것으로 보인다.

이번 고체 DUV 레이저 기술 개발은 중국의 반도체 기술 자립 노력에 중요한 이정표가 될 전망이다. DUV 레이저 광원 기술 확보는 국제적인 반도체 기술 경쟁에서 중국의 입지를 강화하는 데 기여할 것으로 예상된다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com