칩 재는 바늘은 안 닿는다
1닿지 않는 바늘
끝 반지름이 10나노미터도 안 되는 바늘이 웨이퍼를 재면서 표면에 닿지 않아요. 그런데도 높낮이를 나노미터 아래까지 읽어 내요.
2중간마다 재야 한다
칩은 층을 쌓고 깎으며 만들어요. 그래서 중간마다 잘됐는지 재야 해요.
3빛으로는 모자라다
EUV가 새기는 선은 13나노미터예요. 빛 현미경이 가를 수 있는 200나노미터보다 훨씬 가늘어요.
4빛 대신 바늘
그래서 빛 대신 바늘로 직접 더듬는 장비가 있어요. 원자힘현미경(AFM)이라고 해요.
51초에 수십만 번 떠는 바늘
바늘은 작은 판(캔틸레버) 끝에 달려 있어요. 이 판이 1초에 20만~50만 번 떨어요.
6가까워지면 떨림이 줄어든다
표면에 가까워지면 원자끼리 당기는 힘이 생겨요. 그 힘 때문에 바늘의 떨림이 줄어들어요.
7떨림이 같도록 오르내린다
떨림이 늘 같도록 바늘을 올리고 내려요. 그 움직임이 곧 홈의 깊이예요.
8떨림은 레이저로 읽는다
판에 레이저를 비춰 튕긴 빛으로 떨림을 읽어요. 바늘이 살짝만 움직여도 튕긴 빛은 크게 흔들려요.
9닳지도 긁히지도 않는다
닿지 않으니 바늘 끝이 닳지 않고 표면도 긁히지 않아요. 영상 속 장비 모습과 틈·떨림 폭은 원리를 보여 주려고 그린 그림이에요.
자석을 다른 자석에 가까이 가져가면, 닿기 전부터 서로 당기는 힘이 손에 느껴지죠.
그 힘이 늘 같게 손을 올리고 내리며 표면을 따라가면, 손의 움직임이 곧 표면의 굴곡이에요. 바늘이 하는 일이 이거예요.
바늘은 원자끼리 당기는 힘(반데르발스 힘)을 느끼고, 그 힘이 떨림을 줄이는 정도를 일정하게 지켜요. 그래서 닿지 않고도 높낮이를 읽을 수 있어요.
- 회로 선이 빛의 한계보다 가늘어졌어요. 그래서 만드는 도중의 웨이퍼를 재는 방법도 달라졌어요.
- 닿지 않고 재면 바늘도 표면도 상하지 않아요. 그래서 층마다 재고 또 재며 쌓아 올리는 칩 제조에 쓸 수 있어요.
해외 회사는 업계에 널리 알려진 대표 업체를 골랐고, 국내 회사는 소부장 자료에서 계측·검사 분야로 나오는 곳입니다. 회사 소개일 뿐 투자 추천이 아닙니다.
더 깊이 — 원문 요약·용어 정리·출처
만드는 중인 웨이퍼 표면을 재는 바늘이 있습니다. 끝 반지름이 10나노미터도 안 되는데, 표면에 닿지 않고 높낮이를 나노미터 아래까지 읽어 냅니다.
- 끝 반지름 10nm 미만의 바늘은 웨이퍼를 재면서 표면에 닿지 않습니다
- 닿지 않는데도 높낮이를 나노미터 아래까지 읽어 냅니다(원자 한 층 계단)
- 칩은 층을 쌓고 깎으며 만들어서, 중간마다 잘됐는지 재야 합니다
- EUV가 새기는 선은 13nm — 빛 현미경이 가를 수 있는 200nm보다 훨씬 가늡니다
- 그래서 빛 대신 바늘로 직접 더듬는 장비(원자힘현미경, AFM)가 있습니다
- 바늘은 작은 판(캔틸레버) 끝에 달려 1초에 수십만 번 떱니다
- 표면에 가까워지면 원자끼리 당기는 힘 때문에 떨림이 줄어듭니다
- 떨림이 같도록 바늘을 올리고 내리면, 그 움직임이 곧 홈의 깊이입니다
- 떨림은 판에 비춘 레이저로 읽습니다 — 바늘이 살짝만 움직여도 튕긴 빛은 크게 흔들립니다
- 바늘 끝이 닳지 않고, 표면도 긁히지 않습니다(닿지 않기 때문)
회로 선이 빛의 한계보다 가늘어지면서, 만드는 도중의 웨이퍼를 재는 방법도 달라졌습니다. 원자힘현미경은 나노미터 끝의 바늘로 표면을 훑어 높낮이를 그립니다.
비접촉 방식은 바늘이 표면 수 나노미터 위에서 떨기만 하고, 원자 사이 인력이 떨림을 줄이는 정도를 일정하게 유지하며 높이를 잽니다. 그래서 바늘도 표면도 상하지 않습니다.
지금 쥔 폰 속 칩도, 층마다 재고 또 재며 쌓아 올린 것입니다.
- 계측(Metrology)
- 공정 사이사이에 웨이퍼 위 회로의 두께·선폭·깊이 같은 값을 숫자로 재는 일입니다. 결함을 찾는 '검사'와 짝을 이뤄, 잘못된 공정을 그 자리에서 잡아 수율을 지킵니다. 대부분은 빛(광학)으로 재고, 더 정밀한 형상은 바늘(AFM)로 잽니다.
- 원자힘현미경(AFM)
- 끝이 나노미터 크기인 바늘이 달린 작은 판(캔틸레버)으로 표면을 훑어 높낮이를 그리는 현미경입니다. 빛을 쓰지 않아 빛의 해상도 한계에 묶이지 않습니다.
- 캔틸레버
- 바늘이 달린 실리콘 판입니다. 영상 속 기준 제품은 길이 125µm·폭 30µm·두께 4µm, 1초에 약 33만 번(20만~50만 번) 떨립니다. 등 쪽에는 레이저를 잘 튕기도록 알루미늄이 얇게 입혀져 있습니다.
- 비접촉(논콘택트) 방식
- 바늘이 표면에 닿지 않고 가까이서 떨며, 원자끼리 당기는 힘(반데르발스 힘)이 떨림을 줄이는 정도로 거리를 지킵니다. 닿는 방식과 달리 바늘 끝이 닳지 않고 표면도 상하게 하지 않습니다(같은 탐침으로 1만5천 번 훑어도 해상도가 그대로, Park Systems 자료).
- 광지렛대
- 판 등에 비춘 레이저가 멀리 있는 4분할 광검출기로 튕겨 가게 해서, 바늘의 아주 작은 움직임을 빛점의 큰 움직임으로 바꿔 읽는 방법입니다.
- 회절 한계
- 빛 현미경은 빛의 파장 때문에 약 200nm보다 가까운 두 점을 따로 보지 못합니다. EUV 노광기가 새기는 13nm 선은 그보다 훨씬 가늡니다.
빛 한 점 안에 13nm 선이 몇 개나 들어갈까요?
200nm 폭의 빛 점 안에는 13nm 선과 간격 한 쌍이 7개 넘게 들어가요. 그래서 빛만으로는 하나하나 구분하기 어려워요.
바늘은 표면에 닿지 않고, 표면에서 수~수십nm 떨어져 있어요. 바늘 막대 크기는 125×30×4µm예요.
계측은 대부분 광학식이에요.
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상