황진환 기자 삼성전자가 글로벌 반도체 노광장비 1위 기업인 네덜란드의 ASML이 주도하는 '대형 마스크 컨소시엄'에 참여해 차세대 12인치 포토 마스크 공동 개발에 나선다.
삼성전자는 또 2028년까지 첨단 D램 제조 과정에 ASML 차세대 'High NA EUV'(고개구수 극자외선) 노광장비의 도입을 추진하겠다고 밝혔다. 반도체 미세 공정의 한계를 한 번 더 극복하고, 차세대 제품을 보다 효율적으로 생산하기 위한 기술 혁신 시도다.
"12인치 포토마스크 전환 협력…더 미세하게, 효율적으로 첨단 반도체 생산"
삼성전자가 참여하기로 한 '대형 마스크 컨소시엄'은 현재 반도체 노광설비에 사용되는 6인치 포토 마스크를 12인치로 전환하기 위한 협의체다. 이 협의체는 노광설비와 포토 마스크 관련 글로벌 기술 동향을 함께 모니터링하고 12인치 포토 마스크 개발을 목표로 공동 연구, 표준 개발 등의 협력 활동을 전개한다.
포토 마스크란 미세 회로 패턴을 정교하게 새긴 정밀 틀로, 노광장비 내에서 설계된 패턴을 빛을 통해 웨이퍼에 새기는 필수 도구다. 회로를 새기는 정밀도는 반도체 성능과 수율(생산품 대비 양품 비율)을 결정짓는다. EUV 노광 설비는 빛의 파장이 매우 짧은 극자외선를 이용해 웨이퍼에 한 번에 최대 13.5nm(나노미터·1나노미터는 10억분의 1m)까지 얇은 선폭을 그릴 수 있고, 멀티 패터닝을 통해 2nm 회로까지도 새길 수 있다. 이 설비 시장에서 ASML은 독점적 지위를 구축하고 있다.
그동안 반도체 노광 공정에는 수십년간 6인치 마스크가 사용돼 왔다. 그러나 최근 AI 반도체 등 회로의 설계가 복잡해지면서 하나의 회로 패턴을 한 번에 웨이퍼에 새기는 것이 불가능해졌다. 이에 반도체 업계는 회로를 여러 개로 나눠 새기고 이를 연결해 한계를 극복해왔는데, 연결 과정에서 불량 가능성이 존재하고 생산 기간도 길어지는 단점이 있었다.
첨단 High NA EUV 노광장비는 기존보다 2배 이상 정밀하게 회로를 새길 수 있는데, 이를 도입하면서 12인치 포토 마스크로 전환할 경우 한 번에 넓은 면적의 초정밀 회로를 웨이퍼에 새길 수 있어 기존 생산 공정의 단점을 해소하고 불량률과 원가도 크게 낮출 수 있다는 게 업계 설명이다.
설계 단계에서 수백억 개의 트랜지스터를 정밀하게 배치하는 첨단 반도체의 경우 12인치 마스크를 통해 High NA EUV 설비의 이점을 온전히 활용하면 훨씬 경제적인 생산이 가능하다는 것이다.
삼성전자는 지난 2000년대에도 8인치 웨이퍼의 12인치 전환을 이끈 경험이 있다. 이 기업 관계자는 "당사는 메모리와 파운드리 제조 두 분야에서 업계를 선도해 온 기업으로서 오랜 EUV 사용 경험과 기술 리더십을 바탕으로 12인치 포토마스크 전환에 있어 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
삼전, 업계 최초 메모리 제조에 'High NA EUV' 2028년 도입 추진
특히 삼성전자는 ASML과 협력해 2028년까지 첨단D램 제조에 High NA EUV 설비의 업계 최초 도입을 추진할 것이라고 설명했다. 삼성전자는 지난해 3월에 이미 ASML의 해당 설비를 국내 최초로 반입해 시험 중이다. 이 기업 관계자는 "실제 양산 제품을 활용해 High NA EUV의 공정 조건과 수율, 생산성 등을 검증함으로써 새로운 노광 기술을 양산 체계에 빠르게 안착시키는 것이 목표"라고 말했다.
이어 "양사의 이번 협력은 High NA 기술이 첨단 메모리 제조에도 적용될 준비가 됐다는 것을 의미하며, 더욱 정밀한 패터닝을 통해 D램 미세화 로드맵을 연장하고 공정 단순화와 생산성 제고를 동시에 실현할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
제시된 목표대로 D램 양산 과정에 High NA EUV 공정이 본격 도입되면, 삼성전자로서는 차세대 메모리 미세화 기술 경쟁에도 우위를 점할 수 있으로 보인다. 삼성전자는 지난 2003년 3월에도 메모리 업계 최초로 D램 생산에 EUV 공정을 전면 적용하면서 미세 공정의 한계를 한 차례 돌파했다.
전영현 삼성전자 대표이사 부회장은 "인공지능(AI) 시대의 도래는 반도체 산업 패러다임을 바꾸고 있으며 밸류체인 전반에서 기술 혁신의 중요성을 더욱 높이고 있다"며 "삼성전자는 혁신 기술과 강한 파트너십을 바탕으로 파운드리와 메모리를 포함한 첨단 반도체 제조 리더십을 이어가고, ASML과의 협력을 한층 강화함으로써 '넥스트 AI'를 위한 기술 기반을 마련해 나갈 것"이라고 밝혔다.
크리스토프 푸케 ASML 최고경영자(CEO)는 "삼성전자는 오랜 기간 ASML의 가장 중요한 혁신 파트너 중 하나로 그동안 현대 반도체 제조의 기반이 되는 기술을 함께 발전시켜 왔다"며 "AI가 이끄는 새로운 시대를 맞이해 삼성전자와 함께 차세대 반도체 제조를 위한 혁신을 이끌어 가기를 기대한다"고 말했다.
이처럼 기술 혁신과 장기 파트너십에 대한 공동 의지를 보인 삼성전자와 ASML은 앞으로도 첨단 메모리와 혁신적인 제조 방식 등에서 추가 협력 기회도 지속적으로 모색할 예정이라고 밝혔다.
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