전세계 5대 밖에 없는 차세대 EUV…삼성전자, 2나노 생산성 높인다

High NA 장비 활용하면 특정 공정 60% 단축...High NA 보유 제조사 삼성, 인텔, TSMC 3곳뿐

삼성전자 화성 반도체 파운드리사업장 EUV(극자외선) 생산라인 /사진제공=삼성전자

삼성전자가 차세대 EUV(극자외선) 장비를 활용할 경우 특정 공정 시간을 60% 단축할 수 있다는 연구 결과를 도출했다. 그만큼 반도체 생산성을 높일 수 있다는 의미로 2나노 이하의 첨단 공정에서 활용될 것으로 전망된다.

17일 업계에 따르면 삼성전자는 차세대 EUV 장비인 'High NA(고개구율)' 시스템을 테스트하는 과정에서 특정 공정에 걸리는 시간(cycle time)을 60%가량 줄였다. EUV 공정은 웨이퍼 위에 회로 패턴을 새겨 넣는 노광 작업에서 극자외선 파장을 사용하는 방식을 뜻한다.

인텔도 High NA를 이용하면 특정 공정을 40단계에서 10단계로 개선할 수 있다고 테스트 결과를 밝혔다. ASML은 전일 열린 1분기 컨퍼런스콜에서 이례적으로 삼성전자와 인텔 등 고객사 이름을 직접 거론하면서 High NA의 성과를 발표했다. 새 장비 도입에 대한 불안감이 크게 해소됐다는 평가다.

반도체 성능향상을 위해서는 수십억개의 초미세 회로를 정확하게 그려야 하는데 기존에는 한 번에 미세한 회로 구현이 어려워 패턴을 나눠서 그렸다. 하지만 ASML이 개발한 High NA는 높은 해상도를 바탕으로 한 번에 미세한 패턴을 생성할 수 있는 장점이 있다. 트랜지스터 밀도도 2.9배 높일 수 있다. 노광 작업에 필요한 시간과 비용을 크게 줄일 수 있는 셈이다.

특히 더 세밀한 작업이 필요한 2나노 이하의 첨단 공정에서 High NA는 핵심 장비 중 하나로 꼽힌다. 삼성전자는 올해 2나노, 2027년 1.4나노 공정을 본격 도입할 계획으로 이 과정에서 High NA가 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. TSMC도 2027년 양산 예정인 1.4나노 공정부터 High NA를 적용할 것으로 알려졌다.

ASML은 High NA의 첫 번째 버전인 EXE:5000을 총 5대만 제작했고, 이 중 1대가 올해 1분기 삼성전자에 인도된 것으로 전해진다. EXE:5000을 공급받은 반도체 제조사는 인텔, TSMC, 삼성전자 3곳뿐이다. ASML은 EXE:5000의 공급을 중단하고, 향후 새로운 버전(EXE:5200)을 출시할 계획이다.

현재는 새로운 노광공정의 R&D(연구개발)에 초점이 맞춰진 상태로 내년부터 새로운 버전의 High NA가 본격적인 양산에 쓰일 예정이다. EXE:5000을 공급받아 미리 생산 테스트를 진행한 삼성전자 등이 양산에서 유리할 수밖에 없다. 삼성전자는 EXE:5200도 공급 받을 계획이다.

장비 1대의 가격이 5000억원을 호가할 정도로 비싸고, 공급 수량에도 한계가 있기 때문에 High NA가 전체 노광 작업에 사용되기보다는 핵심 공정에 사용되는 방식으로 활용될 것으로 전망된다. 삼성전자는 EXE:5000을 공급받기 전부터 장비 활용에 필요한 포토마스크 작업 등을 연구하며 차세대 공정을 준비했다.

업계 관계자는 "여러 단계에 걸쳐 나눠서 그려야 하는 작업이 High NA를 이용하면 강한 빛을 이용해 한 번에 가능하다"며 "생산성 향상뿐만 아니라 공정 과정이 감소하면서 그 과정에서 발생할 수 있는 오류도 줄일 수 있기 때문에 수율 확보에도 유리한 측면이 있다"고 말했다.

김남이 기자 kimnami@mt.co.kr