Aricle:'EUV lithography in outer space; chemistry in space' 읽고 번역해보기
국제우주정거장(ISS)에서 태양광을 이용한 EUV 리소그래피 실험에 성공했다고 한다. SpaceX로 대표되는 민간 우주 개발의 성공 사례들을 보면 우주에서 반도체 팹을 만드는 것도 먼 미래의 일은 아닐 것 같다.
부족한 영어 실력이지만 읽고 내 표현으로 정리하기 위해서 노력해봤다. 아무래도 영어공부 더 열심히 해야겠다….
원문은 여기에서 볼 수 있다.
ToC는 다음과 같다.
‘Manufacturing Bits: June 2”
Semiengineering.com by Mark Lapedus
EUV lithography in outer space
2020년 5월 31일, NASA의 우주 비행사 Robert Behnken과 Douglas Hurley가 SpaceX의 Crew Dragon 우주선을 타고 국제우주정거장(ISS)에 도착하며 미국 우주 개발 계획의 역사를 썼습니다. 상용 우주선이 우주 비행사를 태우고 ISS에 도착한 첫 사례입니다.1
ISS는 기업과 정부 기관, 대학을 위한 연구소 역할을 수행합니다. 한동안, ISS의 우주 비행사들은 다양한 기관들의 궤도 실험실에서 여러 혁신적인 실험들을 진행해왔습니다.
예를 들어, 최근에 ISS에서는 세계 최초로 EUV-based 리소그래피 실험이 진행됐습니다. 우주에서 첨단 칩 제조를 위한 토대를 마련할만한 실험입니다.
2019년 11월 2일, Northrop Grumman의 Cygnus 우주선이 버지니아의 Wallops Flight Facility에서 발사됐습니다.2 이 우주선은 Astrileux에서 ISS로 실험을 위한 탑재 장비를 수송했습니다. 그 장비는 Center for the Advancement of Science in Spacd(CASIS)와 Nanoracks가 함께 협력으로 전달됐습니다. 그외에 20개가 넘는 다른 장비들도 우주선으로 전달했습니다.
작년 11월, Astrileux에서 전달한 장비로 ISS의 우주 비행사는 궤도 실험실의 외부 플랫폼에서 리소그래피 실험을 진행했습니다. 실험은 Astrileux의 새로운 EUV 광학 코팅 기술을 중심으로 이뤄졌습니다. 실험의 목표는 Astrileux의 EUV 코팅 기술을 사용해 태양광에서 방사하는 EUV를 포착할 수 있는지 검증하는 것이었습니다. 이 재료들은 13.5nm 파장에서 EUV 리소그래피 장비용 광학계와 거울의 기초를 형성합니다.
그 실험은 성공적이었습니다. 결과적으로, Astrileux의 재료들은 언젠가 새로운 종류의 우주 장비들을 가능하게 할 것입니다. 또한 우주에서 태양 복사를 광원으로 사용하는 미래의 EUV-based 리소그래피 기술의 토대를 마련했습니다.
ISS는 원래 2000년에 제안된 모듈형 우주 실험실입니다. ISS는 미국, 러시아, 일본, 유럽, 캐나다의 우주 기관들의 협력으로 탄생한 노력의 결과물입니다. ISS에서 우주 비행사는 우주생물학, 천문학, 기상학, 물리학에 관한 실험들을 진행합니다.
우주에서 칩과 부품을 만드는 것도 또다른 관심사 입니다. “우주에서의 생활을 1000일 이상 연장하려는 목표는 ISS의 electronics manufacturing ecosystem으로부터 도움을 얻고, 그것은 ISS 안에서 지역화된, 자급자족하는 커뮤니티를 지원한다”고 “작업중인 우주 비행사들이 필요에 따라 즉각적으로 전자제품의 프로토타입을 만들 수 있는 능력은 ISS에 새로운 컴퓨팅 성능과 새로운 스마트 기기를 만들 수 있는 능력, 위험이 큰 작업에서 발생할 수 있는 전자제품의 고장이나 불용품을 신속하게 수리하고 대체할 수 있는 기능과 능력을 제공한다”고 Astrileux의 chief executive인 Supriya Jaiswal이 말했습니다.
ISS에서, 심지어 달이나 화성에 커다란 EUV 장비를 포함하는 본격적인 팹을 만드는 것은 상상하기 어렵습니다. 그러나 미래에는 소규모 팹이나 미니 팹이 우주에서 개발될 수 있을거라 상상해볼 수 있습니다.
이를 위해 우주선이나 우주 식민지에 3D 프린터와 팹 시설이 필요합니다. 실리콘 웨이퍼에 패턴을 그리기 위해서는 리소그래피 공정이 필요합니다. 바로 이 지점에서 Astrileux, CASIS와 Nanoracks의 협업이 이뤄집니다. CASIS는 미국 정부에서 펀딩한 ISS의 미국 국립 연구소를 관리합니다.
항공우주 기업인 Nanoracks는 ISS의 미국 국립 연구소에 두 가지 연구 플랫폼을 설치했습니다. Nanoracks에 따르면, 각 플랫폼은 CubeSat 폼팩터에 최대 16개의 장비를 수용할 수 있습니다. 각 CubeSat 장비는 4 inches x 4 inches x 4 inches 입니다. (* 약 10.16 cm x 10.16 cm x 10.16 cm)
실험을 위해 Astrileux는 장비를 디자인했고, 그것은 Nanoracks의 CubeSat에 합쳐졌습니다. CubeSat은 Astrileux 장비의 내/외부 구성을 포함합니다.
지난 11월, ISS 우주 비행사들은 Astrileux의 장비를 airlock에 탑재했고, 로봇 장치를 이용해 외부 플랫폼에 장착됐습니다. 그리고나서 실험이 진행됐습니다. CubeSat의 파트는 태양에 노출되었습니다. 목표는 Astrileus의 EUV 코팅 기술을 이용해 태양 방사선을 포착하는 것이었습니다. 이 프로젝트는 EUV 물질들이 극한의 방사선 환경에서 어떻게 분해되지 않고 살아남을 수 있는지를 연구했습니다.
실험에서, Astrileus의 물질은 10nm에서 20nm 범위의 EUV 파장대에서 성공적으로 기능을 수행했습니다. “Astrileux는 극한의 방사선 환경에서도 살아남을 수 있고, 13.5nm 및 기타 EUV 파장대에서 효과적으로 EUV 방사선을 포착할 수 있는 새로운 EUV 광학 코팅 기술을 만들었습니다.”라고 Jaiswal이 말했습니다.
성공적인 결과를 고려할 때, 이 물질들은 언젠가 여러 응용 분야에서 쓰일 수 있습니다. 첫째로, EUV 방사선을 포착할 수 있는 새로운 종류의 우주 계측 장비에 대한 발판을 마련했습니다. “Astrileux의 새로운 EUV 광학은 우주 탐사, 태양 방사선 이미징, 지상 망원경, 위성 시스템 및 우주 시스템에 사용되는 새로운 광학 시스템 설계의 토대를 제공합니다.”라고 Jaiswal은 말했습니다.
또한 새롭고 미래지향적인 다른 어플리케이션도 있습니다. “이 실험의 목적은 우주에서 7nm와 그보다 작은 수준의 전자기기 생산 공정의 토대를 마련하는 것입니다.” Jaiswal이 말하길, “Astrileux 장비는 지구 궤도를 돌면서 13.5nm 파장대의 EUV 태양 방사선을 포착하고 측정합니다. 일반적으로, 강력한 광원을 지닌 EUV 리소그래피 기기는 웨이퍼에 원하는 패턴을 처리하기 위해 사용됩니다. 그러나, 이 장비는 실리콘 웨이퍼에 패턴을 처리할 수 있는 자연 상태의 EUV 태양 방사선을 포착하고 측정할 수 있습니다.”
전통적인 EUV 광학은 단일 웨이퍼에 패터닝을 하기 위해서 100일이 넘는 시간을 소요할 수 있지만, Astrileux의 광학은 궁극적으로 패터닝 시간을 10시간 미만으로 줄일 수 있습니다. 이는 우주의 작은 커뮤니티에서의 웨이퍼 패터닝 및 제조를 실현 가능한 개념으로 만듭니다.
다음은 무엇일까요? 반면에 지구에서는, 몇몇 파운드리들에서 연구개발을 통해 7nm와 5nm, 3nm EUV 리소그래피로 생산을 전환했습니다.3 Astrileux의 새로운 EUV 코팅 기술은 또한 생한 팹에서의 EUV 리소그래피 스캐너에도 이상적입니다.
Chemistry in space
이와는 별개로, 2020년 4월에 SpaceX의 무인 Dragon spacecraft가 캘리포니아 해변에서 발사됐습니다.4 우주선은 ISS의 미국 국립 연구소가 후원한 수십건의 연구 실험 장비들을 가져갔습니다.
이 우주선은 원래 3월 6일 발사되었고, 지구로 돌아오기 전에 우주 정거장에서 30일간 정박하였습니다.
한 실험에서, Space Tango와 Boston Univ.는 궤도 내 화학 반응들을 지원하는 플랫폼을 개발했습니다.5 Boston Univ.의 Beeler 연구그룹이 ISS National Lab에 의해 우주에서 유동화학 응용응 위한 반응기 시스템 개발에 선정됐습니다.
해당 그룹은 화학 합성 반응에서 미세 중력이 끼치는 영향에 대해 연구했습니다. 이것은 우주에서 화학물질과 재료의 주문형 생산을 위한 첫 걸음입니다.
Beeler 그룹에 따르면, 연속 흐름 기술은 의약화학에서의 표적 분자 합성을 가능하게 도와주고, 유동화학은 전통적으로 수행하기 어려운 화학 반응을 가능하게 합니다.
ISS에서는 Beeler 그룹에 의해 개발된 액체-액체 분리 장치의 확장된 형태인 반응기 시스템 연구가 진행됐습니다. 화학 물질과 용제들은 튜브로 감싸져있어 우주에서 안전하게 취급할 수 있습니다.
세 가지 실험들이 진행됐습니다. 하나는 수계 반응의 혼합 효율과 관련이 있습니다. 다른 하나는 2상 반응과 관련이 있습니다. 세 번째 실험은 좀 더 복잡한 합성 반응을 포함합니다.
Boston Space의 수석 연구원인 Aaron Beeler가 설명하길, “화학 반응에서의 미세 중력 영향을 연구하기 위한 안전한 접근법을 화학 학계에 제공하기 위해서 유동화학 플랫폼을 Space Tango와 ISS National Lab이 함께 개발했습니다.”, “이러한 앞선 노력은 생물제제와 제약, 재료 합성 및 생산과 관련하여 미세 중력의 잠재적 영향을 확인할 수 있는 중요한 것입니다. 인류가 우주로 뻗어나가기 위해서 화학 합성을 가장 잘 구현할 수 있는 청사진을 제공해줄 것입니다.”
“ISS National Lab에 화학 반응 시스템을 설치하는 것은 과학을 위한 큰 진전이자 화학 학계를 위한 더 큰 진정입니다.”라고 ISS National Lab Director of Scientific Partnering인 Kenneth Savin이 말했습니다. “처음으로, 우리는 화학적 변환에 대한 미세 중력의 영향을 장점으로 활용하는 능력과, 공정에 적용된 조건을 동적으로 변경할 수 있는 능력을 갖게 될 것입니다.
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