삼성전자가 2028년 첨단 D램 생산에 차세대 노광 장비인 'High-NA(고개구율) 극자외선(EUV)'을 적용한다. 삼성전자가 High-NA EUV를 실제 D램 양산에 활용하는 것은 이번이 처음이다. 세계 유일 EUV 노광장비를 생산하는 네덜란드 ASML과 협력을 확대, D램 미세화 경쟁에서 주도권을 확보하겠다는 구상이다.
회로는 정밀하게, 공정은 단순하게
삼성전자는 8일 ASML과 2028년까지 첨단 D램 제조에 High-NA EUV를 적용하기 위한 공정 기술 개발을 확대한다고 밝혔다.
반도체는 회로가 미세할수록 같은 면적에 더 많은 소자를 넣을 수 있어 성능과 전력 효율을 높일 수 있다. 이 미세한 회로를 웨이퍼 위에 새기는 데 쓰이는 장비가 노광장비다. 회로 패턴을 담은 포토마스크에 빛을 쏴 그 모양을 웨이퍼에 옮기는 방식이다.
High-NA EUV는 기존 EUV보다 더 작고 촘촘한 회로를 그릴 수 있다. 빛을 모으는 능력을 뜻하는 개구수(NA)를 기존 0.33에서 0.55로 높였기 때문이다. 카메라 렌즈가 빛을 더 정밀하게 모아 선명한 사진을 찍는 것과 비슷한 원리다. ASML에 따르면 한 번의 노광으로 구현할 수 있는 최소 선폭은 기존 13나노미터(㎚·10억분의 1m) 수준에서 8㎚ 수준으로 줄어든다.
공정도 단순해진다. 지금은 회로가 너무 미세해 한 번에 원하는 패턴을 만들기 어려운 경우 같은 부분을 여러 차례 나눠 노광해야 하지만, High-NA EUV는 한 번에 더 미세한 회로를 그릴 수 있어 이런 반복 공정을 줄일 수 있다. 공정 횟수가 줄어드는 만큼 생산 시간과 비용을 낮추고 수율을 높이는 데도 도움이 된다.
삼성전자는 2028년 첨단 D램 양산 제품에 High-NA EUV를 적용해 공정 조건·수율·생산성을 검증할 계획이다. 이를 통해 D램 미세화에 필요한 공정 기술을 확보하고 본격적인 양산 적용 시점도 앞당긴다는 방침이다.
삼성전자는 차세대 노광 기술 도입을 꾸준히 앞당겨왔다. 2020년 메모리 업계 최초로 D램 양산에 EUV 공정을 적용했고, 올해 3월에는 국내 최초로 High-NA EUV 장비를 들여왔다. 이번에는 실제 첨단 D램 생산에 적용할 기술 개발까지 ASML과 공동으로 추진하는 것이다.
차세대 EUV 맞춰 포토마스크도 대형화
양사 협력은 노광장비에서 포토마스크로도 확대된다. 삼성전자는 ASML이 주도하는 대형 마스크 컨소시엄에 참여해 현재 주로 쓰이는 6인치 포토마스크를 12인치로 키우는 기술 개발과 제조 방식 검증에 나선다.
12인치 포토마스크가 필요한 이유는 High-NA EUV의 구조적 특성과 맞닿아 있다. High-NA EUV는 더 미세한 회로를 그릴 수 있는 대신 한 번에 노광할 수 있는 면적은 기존 EUV의 절반 수준으로 줄어든다. 현재의 6인치 포토마스크를 사용하면 크기가 큰 회로는 여러 영역으로 나눠 찍은 뒤 이어 붙이는 '스티칭(Stitching)' 과정이 필요하다.
포토마스크를 12인치로 키우면 한 번에 처리할 수 있는 면적을 넓혀 이런 과정을 줄일 수 있다. 여러 차례 나눠 회로를 새기고 연결하는 과정이 줄어들면 생산성이 높아지고 연결 과정에서 생길 수 있는 오차도 줄일 수 있다. 회로 규모가 큰 첨단 인공지능(AI) 반도체나 초미세 공정으로 갈수록 효과가 커질 것으로 예상된다.
다만 포토마스크 규격을 바꾸려면 마스크뿐 아니라 원재료와 제조·검사 장비 등 관련 공급망도 함께 대응해야 한다. 삼성전자가 ASML 주도의 컨소시엄에 참여하는 것도 High-NA EUV 장비 도입을 넘어 차세대 노광 생태계를 선제적으로 구축하기 위해서다.
삼성전자는 메모리와 파운드리 양산 경험을 바탕으로 12인치 포토마스크 관련 기술 개발과 제조 방식 검증에 참여할 예정이다.
전영현 삼성전자 부회장은 "AI 시대의 도래는 반도체 산업 패러다임을 바꾸고 있으며 밸류체인 전반에서 기술 혁신의 중요성을 더욱 높이고 있다"며 "ASML과의 협력을 한층 강화해 '넥스트 AI'를 위한 기술 기반을 마련하겠다"고 말했다.
