2021년 2월, 칭화대학교 Tang Chuanxiang 교수 팀은 독일 과학자들과 협력하여 Nature에 논문을 발표했으며, SSMB 원리를 기반으로 하는 초심자외선 광원 생성 이론에 대한 특정 실험적 검증을 완료했다고 보고했습니다. 그런데 2년이 지난 오늘, 이 작품은 중국에 EUV 노광 기계 공장이 설립됐다는 소식이 일부 셀프언론을 통해 갑자기 과대평가됐다. 하지만, 포토리소그래피 기계를 독립적으로 제조하는 것이 그렇게 빠를 수 있을까요?

왕지에가 각본을 맡은 작품

지난주 인터넷에는 과학기술 관련 뉴스가 하나 돌았습니다. 중국 과학자들이 리소그래피 기계의 기술적 문제를 해결할 수 있는 초심자외선 광원을 생성하는 새로운 원리를 발견했다는 소식입니다. 많은 사람들은 심지어 우리나라가 슝안(Xiongan)에 사진 평판 공장을 짓기 시작했다고 말합니다. "사진과 진실이 있습니다." 그들은 코와 눈을 가지고 있습니다.


많은 사람들이 그것이 사실인지 묻습니다. 먼저 답을 말씀드리겠습니다. 새로운 광원 생성 원리는 사실이지만 이미 2010년에 제안되었습니다.아직은 원리검증 단계이고, 실제 실용화까지는 아직 15~20년 정도의 시간이 남아 있다.이번에 과장됐던 칭화대 과학자의 논문은 사실 2021년 초에 발표됐다. 2년 반이 지난 뒤 갑자기 파헤쳐지고 왜 과장됐는지 모르겠다. 슝안(Xiongan)에 포토리소그래피 공장을 건설한다는 것은 소문일 뿐이며 거짓말일 뿐이다.

오늘은 이 주제로 여러분과 이야기를 나누고 싶습니다.리소그래피 기계를 만드는 것이 왜 그렇게 어려운가요? 중국이 최첨단 노광기를 완전히 독자적으로 개발하는 것이 가능할까?

포토리소그래피 기계는 칩을 생산하는 데 사용되는 핵심 장비입니다. 우리가 사용하는 모든 컴퓨터와 모든 스마트폰의 칩은 포토리소그래피 기계를 사용해 생산됩니다.


칩의 기술적 진보를 측정하기 위해 xx나노미터(nm)라는 단위를 사용합니다.나노(Nano)는 길이의 단위로, 1나노미터는 10억분의 1미터에 해당합니다.화웨이가 2주 전에 최신 휴대폰인 Mate60pro를 출시하지 않았나요? 이 휴대폰이 나오자마자 모두들 "와, 이 휴대폰에 사용된 칩이 7nm 공정으로 만들어졌는데, 정말 놀랍다"고 탄성을 질렀습니다. 7nm 공정이 무엇을 의미하는지 설명하겠습니다. 쉽게 말하면, 마치 고무도장에 새기는 것처럼 칩 위에 있는 전자부품, 즉 트랜지스터가 새겨져 있는 것입니다.같은 영역에서 더 많은 트랜지스터를 조각할 수 있을수록 칩은 더욱 발전할 것입니다.칩 분야에서는 칩의 발전된 수준을 표현하기 위해 나노미터를 사용합니다. 숫자가 작을수록 칩이 더 발전된 것입니다. 10nm는 14nm보다 진보된 기술이고, 7nm는 10nm보다 진보한 기술입니다. 왜 5, 7, 10, 14 같은 숫자가 있는지 걱정하지 마세요. 그 뒤에는 복잡한 역사적 이유가 있습니다.

실리콘 웨이퍼에 칩을 레이저로 조각하기 때문에 조각하는 트랜지스터의 크기가 작을수록 필요한 레이저 파장은 짧아집니다.세계에서 가장 진보된 리소그래피 기계에 사용되는 광원은 극자외선(extreme deep Ultraviolet Light), 영어로 EUV라고 불리며 파장은 13.5나노미터입니다.미국 회사가 개발했지만 현재 미국 회사는 네덜란드 회사 ASML에 인수되었습니다. 그러나 여기서 명확히 해야 할 개념이 있습니다. 13.5나노 파장 레이저가 13.5나노 칩만 조각할 수 있다는 뜻은 아니다. 실제로 7나노미터, 5나노미터 또는 심지어 더 작은 공정 칩을 조각할 수 있습니다.


EUV보다 품질이 나쁜 리소그래피 기계에 사용되는 광원은 심자외선(Deep Ultraviolet Light)으로 영어로 약칭됩니다.듀브, 파장은 193nm로 EUV보다 한 자릿수 더 큽니다. 화웨이의 최신 휴대폰에 사용되는 7nm 공정의 Kirin 9000s 칩은 DUV를 사용해 조각되었습니다. 예, 193나노미터의 파장에서 다중 노출이라는 기술을 사용하여 7nm 칩을 조각할 수 있습니다. 하지만 이런 193나노급 노광기조차 우리나라에는 아직 나오지 않았다. 전 세계에서 DUV를 생산할 수 있는 회사는 일본의 캐논과 니콘, 네덜란드의 ASML뿐이다. 네, 맞습니다. 미국도 마찬가지입니다.


그런데 다중 노출 기술이 무엇인지는 다음과 같습니다. 설명하기 위해 가장 간단한 비유를 사용하겠습니다. 예를 들어, 이제 정사각형 격자를 그리는 기계가 있지만 그릴 수 있는 정사각형 격자의 측면 길이는 100mm입니다. 이 기계를 사용하여 100mm 미만의 정사각형 격자를 그릴 수 있는 방법이 있습니까? 가능합니다. 방법은 먼저 종이에 연결된 여러 개의 격자를 그려 격자를 형성하는 것입니다. 그런 다음 기계를 살짝 움직여 종이 위에 다시 그렸습니다. 그러면 새로운 그리드가 그려집니다. 두 개의 그리드가 겹치고 선이 교차하여 더 작은 그리드를 형성합니다. 종이에 펜을 사용하여 직접 시도해 볼 수 있습니다.

포토리소그래피 기계가 칩을 조각할 때마다 프로세스는 한 번의 노출입니다. DUV를 사용하여 7nm 공정 칩을 생산하는 경우에도 마찬가지입니다. 한 번에 아무것도 할 수 없다면 몇 번 더 노출시키면 됩니다. 각 노출 후 다시 노출하기 전에 작은 단계를 이동하십시오. 이를 통해 더 작은 트랜지스터를 조각할 수 있습니다. 물론 부작용이 없는 것은 아닙니다. 즉, 오류 가능성이 더 큽니다. 대량 생산에서는 실패한 칩이 많이 낭비됩니다. 전문적으로 말하면 칩의 수율은 상대적으로 낮고 불량률은 상대적으로 높습니다.


다시 주제로 돌아가서,포토리소그래피 기계를 만드는 것이 얼마나 어렵나요?

내 성격을 먼저 결정하겠습니다.리소그래피 기계는 인간이 제조할 수 있는 기계 중 가장 정확하고 복잡한 기계 중 하나입니다.포토리소그래피 기계는 세 가지 핵심 부품으로 구성됩니다.첫 번째 부분은 광원, 두 번째 부분은 광학 시스템, 세 번째 부분은 에칭 작업대입니다.각 섹션의 기술적 과제는 달 착륙과 비슷합니다.

먼저 광원에 대해 이야기합시다.파장 13.5나노미터의 초심자외선을 생성하기 위해 현재의 방법은 고출력 레이저를 사용해 직경이 1/3000만분의 1미터에 불과한 작은 주석 공(즉, 금속 주석)에 충격을 가하는 것이다. 그러나 이 문장만으로는 그 어려움을 설명하기에 충분하지 않습니다. 확장해야 해요.


첫째, 시속 약 200마일의 속도로 움직이는 작은 솔더 볼을 정확하게 맞추려면 레이저 빔이 필요합니다. 작은 솔더 볼의 온도가 500,000도에 도달하면 레이저 빔을 사용하여 충격을 가합니다. 이때 파장 13.5나노미터의 매우 깊은 자외선이 생성될 수 있다.이러한 종류의 자외선을 지속적이고 안정적으로 생성하려면 작은 솔더 볼을 초당 약 50,000회 빈도로 충격을 가해야 합니다.이런 종류의 레이저를 생산할 수 있는 독일 회사는 세계에서 단 하나뿐입니다. TRUMPF라는 독일 회사가 이를 성공적으로 개발하는 데 10년이 걸렸습니다. 이 레이저에만 45,700개 이상의 부품이 있습니다. 하지만 TRUMPF의 레이저가 리투아니아 회사에 의존하여 핵심 장비를 공급하고 있다는 사실은 생각지도 못하셨을 것입니다. 이 리투아니아 회사가 제조한 광원 장비가 없었다면 TRUMPF는 이를 달성할 수 없었을 것입니다. 그것은 매미와 그 뒤에 있는 꾀꼬리를 추적하는 사마귀와 같습니다. 다음 어려움은 이 초심자외선을 어떻게 수집하여 초심자외선 레이저를 형성하느냐 하는 것입니다. 이것이 다음 핵심 부분이다.


광학 시스템.EUV용으로 개발된 이 광학계는 세계에서 단 한 곳의 독일 기업만이 생산할 수 있는데, 그 유명한 자이스(Zeiss)가 바로 그것입니다. 자이스가 생산하는 카메라 렌즈가 세계 최고라는 말을 들어보셨겠지만, 카메라 렌즈와 EUV 광학 시스템에 사용되는 렌즈를 비교하는 것은 살충제를 뿌리는 프로펠러가 달린 비행기와 제트 전투기의 차이와 같습니다. 이 광학 시스템에는 고정밀 비구면 표면 처리, 다층 필름 미러, 고품질 용융, 이온빔 연마 기술 및 초정밀 연삭과 같은 기술적 과제가 포함됩니다. 방금 언급한 기술적인 용어에 들어갈 필요는 없습니다. 단지 알아두면 됩니다.궁극적인 목표는 완전히 부드럽고 평평한 렌즈를 만드는 것입니다., 얼마나 매끄러워야 하나요? 삼체 시스템의 물방울의 부드러움입니다.렌즈의 요동은 원자 1개 정도의 오차로 이론상의 물리적 한계에 가깝습니다.자이스만의 홍보적 비유를 활용하면, 이 렌즈를 독일 전체 크기로 확대하더라도 그 변동은 0.1mm를 넘지 않습니다. 이 거울에 바이러스가 떨어지면 높이가 100미터나 되는 언덕처럼 된다. 따라서 이 광학 시스템은 간섭 없이 진공 상태에서 작동해야 합니다. 그러나 광원과 렌즈를 갖는 것만으로는 충분하지 않습니다. 마치 조각을 위해 조각칼을 가지고 있는 것과 같습니다. 다음 단계는 손톱만한 실리콘 칩에 수백억 개의 트랜지스터를 새기는 것이다.

정밀기기 작업대.수백억 개의 트랜지스터를 조각하려면 극도로 정밀한 콘솔이 필요합니다. 제작의 어려움을 정확하게 설명할 수 있는 비유를 찾기가 어렵습니다. 이 콘솔은 55,000개의 고정밀 부품으로 구성되어 있으며, 이러한 부품은 최소한 일본, 한국, 대만, 미국, 독일 및 네덜란드에서 제공하는 특허 기술을 사용합니다. 어떤 나라도 없이는 작동하지 않을 것입니다.

위의 내용은 아마도 세계에서 가장 진보된 포토리소그래피 기계를 제조하는 것의 어려움일 것입니다. 연구개발 내역은 대략 이렇습니다. 1997년 인텔사와 미국 에너지부가 공동으로 회사에 투자해 EUV 리소그래피 장비를 개발하기 시작했습니다. 6년 만에 이 회사는 핵심 특허 기술의 대부분을 개발했습니다. 그러나 인텔이나 미국 에너지부 모두 리소그래피 기계를 직접 제작할 생각이 없습니다. 리소그래피 기계를 만드는 것이 실제로 돈을 벌지는 못한다고 생각하기 때문입니다. 핵심 기술을 외국 기업에 라이센스해 리소그래피 기계를 제작하게 하는 것이 더 좋습니다. 이후 네덜란드 ASML은 이들 핵심기술에 대한 인증을 획득했고, 삼성, TSMC 등 기업의 도움으로 2010년 마침내 첫 번째 EUV 노광 프로토타입을 생산했다. 또 9년에 걸친 테스트, 최적화, 업그레이드를 거쳐 2019년 마침내 공식적으로 상업 생산에 들어갈 수 있는 최초의 EUV 노광 장비를 생산했는데, 총 22년이 걸렸다.


하지만 EUV 노광기는 네덜란드 ASML이 생산하지만 조립공장에 지나지 않는다. 부품의 15%만 자체 생산되고, 나머지 85%는 수입됩니다. 그리고 미국 에너지부가 리소그래피 기계에 대한 거의 모든 핵심 특허를 소유하고 있기 때문에 ASML의 리소그래피 기계 생산에는 미국 에너지부의 승인이 필요합니다. 미국 정부가 중국에 노광기를 판매할 수 없다고 하면 네덜란드 ASML사는 그 말만 들을 수 있는 이유다. 라고 할 수 있다EUV 노광기는 7~8개국이 원을 그리며 구성돼 ASML의 목을 가로막는다..

중국이 기술 봉쇄를 돌파하고 리소그래피 기계를 자주 생산하려면 세 가지 핵심 부분 모두에서 완전한 자주 혁신을 달성해야 합니다. 이제 우리가 말할 수 있는 것은 첫 번째 광원 섹션에서 약간의 희망이 보인다는 것입니다.

2010년 스탠포드 대학의 중국 교수이자 칭화 대학의 저명한 방문 교수인 Zhao Wu는 박사 과정 학생들과 협력하여 매우 깊은 자외선 광원을 생성하는 새로운 원리를 제안했습니다. 이 원리는"정상 상태 마이크로 번칭", 영어 약어 SSMB는 거대한 입자 가속기를 사용하여 매우 깊은 자외선을 생성합니다.2017년 칭화대학교 Tang Chuanxiang 교수팀은 독일의 동료들과 협력하여 실험의 이론적 분석과 물리적 설계를 완료하고, 테스트 실험을 위한 레이저 시스템을 개발하고, 특정 원리 검증을 수행했습니다. 2021년 2월, 그들의 논문은 Nature 저널에 성공적으로 게재되었습니다.[1], Tang 교수의 박사과정 학생인 Deng Xiujie가 제1저자로, Tang 교수와 독일 베를린의 Helmholtz 재료 및 에너지 연구 센터의 또 다른 교수가 교신저자입니다. 그런데 학계의 일반적인 규칙은 다음과 같습니다. 제1저자는 일반적으로 연구 주제에 가장 큰 기여를 한 사람을 말하고, 교신저자는 주제의 책임자이자 결과의 수혜자를 말한다.


2022년 3월 Tang Chuanxiang 교수와 Deng Xiujie 박사가 우리나라의 "Acta Physica Sinica"에 같은 이름의 논문을 게재했습니다.[2]. 아마도 그들 스스로는 1년이 넘은 후, 어떤 알 수 없는 이유로, 아마도 2023년 9월 13일에 일부 자체 미디어가 "하늘을 향하고 있습니다!"와 같은 제목의 동영상을 게시할 것이라고 예상하지 못했을 것입니다. EUV 노광기의 40배에 달하는 전력을 갖춘 칭화대학교의 SSMB-EUV 광원이 탄생했습니다.” 그러자 각종 셀프미디어 플랫폼에서는 '어이없다'라는 단어로 시작하는 다양한 제목으로 칭화대의 SSMB 솔루션을 불처럼 과대평가하기 시작했다. 나는 그것을 보고 어안이 벙벙했다.

여러분이 진정하시기를 바라는 것은 초심자외선 노광기의 생산을 실현하려면 아직 멀었다는 것입니다.앞서 나가지 마십시오. 우선, 칭화대 공식 웹사이트에는 2021년 Tang Chuanxiang 교수가 국가 발전 개혁 위원회에 SSMB 실험 장치를 14차 5개년 계획 기간 동안 주요 국가 과학 기술 인프라로 등록할 것을 신청했다고 명시되어 있습니다. 그러나 나는 그 프로젝트에 대한 어떤 소식도 찾지 못했습니다. 이는 군사사업이 아닌 민간 과학연구사업이라는 점을 감안하면 사업 승인 시 공표가 필요하다. 따라서 적어도 지금까지는 이 프로젝트가 승인되지 않았습니다.

낙관하더라도 내년에는 사업 승인이 가능하지만 5년 안에 이 정도 수준의 과학 연구 장치를 구축하기는 어려울 것으로 보인다. 완성된 후에는 더욱 낙관적으로 3년 후에 성공적으로 테스트하고, 상업적으로 사용할 수 있는 광원을 구축하는 데 5년을 더 투자할 것입니다. 13년 전 일이겠죠. 그런데 리소그래피 기계의 다른 두 핵심 부품이 이 13년 안에 완성될 수 있을까요? 아직 그림자도 없습니다.

게다가 미국과 네덜란드가 13년 안에 더욱 발전된 차세대 노광기를 개발할 수 있을지도 모르고, 우리는 계속해서 이를 추구해야 한다.

마지막으로 개인적으로 마음에 들지 않는 말을 하고 싶습니다.

20년 안에 세계 어느 나라도 세계 최고 수준의 노광기를 완전히 독자적으로 구축하는 것은 불가능하며, 미국도 예외는 아니다.

물론 이는 어디까지나 제 개인적인 의견일 뿐이니 뺨이라도 맞았으면 좋겠습니다.

제가 이런 관점을 표현하고 싶은 이유는 과거의 '대약진'이라는 비극이 다시는 일어나지 않기를 진심으로 바라기 때문입니다. 중국인은 매우 똑똑하지만 그렇다고 우리 중국인이 특별한 재료로 만들어졌다는 의미는 아닙니다. 세상의 모든 종족은 사람과(Hominidae), 호모(Homo), 호모 사피엔스(Homo sapiens)이다. 중국인과 외국인 사이에는 유전적 차이가 거의 없습니다. 우리는 외국인보다 어리석지는 않지만 외국인보다 그다지 똑똑하지도 않습니다.

사실에서 진실을 찾는 것이 과학기술을 발전시키는 올바른 길입니다. 포토리소그래피 기계와 같은 초정밀, 복잡한 기계의 경우, 최대한 폭넓은 국제 협력을 모색하는 것이 최선의 해결책입니다.

입장:

징둥몰