삼성전자, 차세대 D램에 '건식 PR' 첫 적용

삼성전자 평택 사업장(사진=삼성전자)

평택4공장 램리서치 장비
내년부터 6세대 양산 전망
미세 패턴 구현·수율 향상
HBM 성능 강화 발판으로

삼성전자가 6세대(1c) D램에 '건식 포토레지스트(PR)'를 적용한다. D램에 건식 PR를 도입하는 건 반도체 업계 처음이다. 수율 향상을 위한 시도로, 삼성전자가 차세대 D램에서 경쟁력을 확보할 지 주목된다.

10일 업계에 따르면 삼성전자는 1c D램에 건식 PR를 도입하기로 결정하고, 장비 반입까지 마쳤다. 지난해부터 1c 양산라인을 구축 중인 평택 4공장(P4)에 미국 램리서치의 건식 PR 장비를 들인 것으로 파악됐다. 언더레이어·PR 증착장비, 현상장비 등 복수 설비가 도입됐다.

램리서치는 2020년 노광장비 업체 ASML, 반도체 연구소 아이멕(imec)과 협력해 건식 PR 기술을 개발해 왔고 미국 소재업체 엔테그리스, 겔레스트 등과 상용화를 준비했다. D램 업체 중에서는 삼성전자, SK하이닉스가 연구개발(R&D)을 진행해 왔는데 삼성전자가 먼저 적용을 결정했다.

PR는 반도체 웨이퍼에 회로를 구현하는 노광공정에 사용되는 감광재를 뜻한다. 노광공정은 웨이퍼에 'PR 도포→노광→현상→식각→잔여 PR 제거' 순으로 진행되는데, 기존에는 습식 PR가 주류였다.

그러나 10나노미터(㎚) 안팎 초미세 공정에서는 습식 PR 적용 시 현상·PR 스트립에 액체가 사용됨에 따른 표면장력으로 패턴이 붕괴되는 문제가 발생, 건식 PR가 대안으로 떠올랐다.

건식 PR는 현상·잔여 PR 제거 등도 건식으로 진행하는 방식이다. 미세회로 패턴 사이 액체가 마르면서 패턴 양쪽을 잡아당겨 무너뜨리는 표면장력 문제를 해결할 수 있는 것으로 전해졌다. 또 노광 효율이 높아 미세회로 패턴을 더 명확하게 그려 넣을 수 있다는 평가다.

삼성전자는 이 때문에 6세대(1c) D램에 건식 PR를 채택한 것으로 풀이된다. 기존 D램 보다 더 미세한 회로를 구현해야 하는 만큼 기술적으로 이점이 있는 공정을 택했다는 해석이다. 특히 삼성은 4세대(1a)와 5세대(1b) D램 설계를 변경하는 등 시행 착오를 겪어 6세대에서는 경쟁력 복원을 위해 신기술을 과감히 도입한 것으로 보인다.

D램은 고대역폭메모리(HBM) 경쟁력으로 이어져 주목된다. 6세대 D램은 HBM4에 쓰이기 때문이다. HBM은 D램을 수직으로 쌓아 데이터 처리 성능을 극대화한 메모리다. 건식 PR로 미세회로 패턴 품질을 높일 수 있다면 신호 간섭이 줄어 신뢰성 높은 D램을 만들 수 있고, 이는 HBM 성능을 높이는 발판이 된다.

건식 PR를 적용한 6세대 D램 양산은 내년부터 시작될 전망이다. 판매를 시작하는 HBM4에 맞춰 이뤄질 것으로 예상된다.

업계 한 관계자는 “건식 PR를 사용하면 공정 변수의 변화에 대한 허용 범위가 넓어져 습식 PR보다 상대적으로 넓은 공정 마진을 확보할 수 있다”며 “이는 불량률을 줄일 수 있다는 의미로 높을 수율을 확보하는데 용이하다”고 말했다.

삼성전자 건식 PR 도입 개요

박진형 기자 jin@etnews.com