12인치 포토마스크 공동 개발…초미세 공정 한계 넘는다
2028년 High NA EUV(고개구율 극자외선) 양산…수율·생산성 선제 확보
삼성전자(269,500원 ▼500 -0.19%)가 AI(인공지능)발 반도체 산업 격변기에 EUV(극자외선) 노광장비 독점기업 ASML과 손잡은 배경은 명확하다. 다가올 초미세 공정 경쟁에서 세계 1위 D램 경쟁력을 굳히고, 단순 장비 수급을 넘어 표준을 만드는 단계부터 참여하겠다는 전략이다.
8일 관련업계에 따르면 반도체는 회로를 얼마나 작고 정밀하게 그리느냐가 성능과 생산성을 좌우한다. EUV는 빛을 이용해 포토마스크에 그려진 미세한 회로를 웨이퍼(반도체 칩을 만드는 얇은 원판)에 옮기는 기술이다. 차세대 장비인 High NA(고개구율) EUV는 기존 EUV보다 더 미세한 회로를 그릴 수 있어 첨단 반도체 미세화에 필요한 기술로 꼽힌다. 그릴 수 있는 회로의 선폭을 13nm(나노미터)에서 8nm 수준까지 낮출 수 있기 때문에 소자를 최대 1.7배 작게 만들고, 밀도도 이론상 최대 2.9배까지 높일 수 있다.
문제는 정밀도를 높이는 대신 한 번에 회로를 새길 수 있는 면적이 절반으로 줄어든다는 점이다. 현재 쓰이는 6인치 포토마스크를 그대로 사용하면 넓은 회로를 여러 번 나눠 새긴 뒤 이어 붙이는 작업이 필요하다. 이 과정에서 오차가 발생하면 다시 작업해야 하기 때문에 생산기간과 비용이 늘어날 수 있다.
이를 해결하기 위한게 12인치 포토마스크다. 포토마스크는 웨이퍼에 옮길 회로가 그려진 일종의 '틀'이다. 쉽게 말해 현재 약 15㎝인 틀을 30㎝ 자만 한 규격으로 2배 키우는 개념이다. 한 번에 더 넓은 회로를 새길 수 있어 나눠 그리는 작업을 줄이고 생산 효율을 높일 수 있다.
삼성전자가 ASML과 장비를 넘어 포토마스크 개발까지 함께 준비하는 이유도 여기에 있다. 고개구율 EUV를 실제 생산라인에 적용하려면 장비만 바꿔서는 안 된다. 포토마스크와 소재 등 관련 업체들도 새로운 규격에 맞춰 기술을 개발해야 한다. 삼성전자가 해당 생태계 구축부터 참여하는 것도 2028년 고개구율 EUV의 D램 양산 적용에 필요한 기술과 생산 기반을 선제적으로 확보하기 위한 것으로 보인다.
이는 결국 차세대 D램의 생산 경쟁력과 직결된다. 회로가 미세해질수록 기존 EUV로는 같은 회로를 만들기 위해 여러 차례 작업해야 하지만 고개구율 EUV를 활용하면 공정 수를 줄일 수 있다. 삼성전자는 2020년 업계 최초로 D램 생산에 EUV를 사용한데 이어 고개구율 EUV를 적용한 D램에서도 양산 경험을 먼저 확보할 계획이다. 미세화와 생산성을 동시에 끌어올려 제조 기술 경쟁력을 높이고 D램 시장 선두를 공고히 하기 위한 차원이다.
특히 삼성전자가 메모리 반도체(이하 메모리)와 파운드리(반도체 위탁생산) 반도체를 모두 갖춘 종합반도체 기업이라는 점에서 ASML과 시너지가 기대된다. ASML이 TSMC와 인텔과도 협력하고 있지만 삼성전자는 첨단 메모리와 파운드리 선단공정을 동시에 개발·생산한다. ASML과 함께 구축한 차세대 노광 기술과 생태계를 다양한 첨단 반도체 제조 공정에 활용할 수 있다는 점에서 경쟁사와 차별화될 것으로 예상된다.
업계 관계자는 "글로벌 장비 기업 ASML과 긴밀한 협업을 통해 고개구율 장비를 활용한 차세대 D램 개발의 완성도를 높일 수 있다"며 "추후 축적된 고개구율 장비 운영 경험이 수율 안정화 및 생산성 향상에 큰 도움이 될 것"이라고 내다봤다.
