삼성, ASML과 차세대 EUV 마스크 만든다

■12인치 포토마스크 컨소 참여
기존 면적의 4배 대형 마스크로
생산 시간 단축·원가절감 기대
2028년 D램 양산에 적용 이후
1.4나노 선단 파운드리 도입도

삼성전자(005930)가 세계 최대 노광장비 기업인 네덜란드 ASML과 손잡고 ‘하이-NA 극자외선(EUV)’ 장비 개발에 나선다. 1980년대부터 수십 년간 반도체 업계 표준으로 쓰여온 6인치 포토마스크를 12인치로 전환하는 표준 개발에 참여해 하이-NA(고개구수) EUV 장비를 통한 D램 양산 체계를 조기 구축한다는 전략이다. 삼성전자는 2028년부터 하이-NA EUV 장비를 적용해 D램을 양산하는 한편 향후 1.4나노미터(㎚·10억분의 1m) 선단 로직(시스템반도체) 공정에도 적용해 파운드리(반도체 위탁생산) 기술을 고도화할 계획이다.

삼성전자는 ASML이 주도하는 ‘대형 마스크 컨소시엄’에 참여해 12인치 포토마스크 공동 연구와 표준 개발에 나선다고 8일 밝혔다.

포토마스크는 반도체 회로 모양이 새겨진 일종의 ‘도장판’이다. 노광장비가 마스크에 빛을 비추면 회로 모양이 실리콘 웨이퍼 위에 그대로 옮겨진다. 회로가 미세하고 복잡해질수록 마스크의 정밀도가 반도체 성능과 수율을 좌우한다.

마스크 면적을 키우는 것은 EUV의 한계를 보완하기 위해서다. 하이-NA EUV는 빛을 모으는 능력(개구수)이 기존 EUV보다 66% 높아 회로를 더 미세하게 그릴 수 있다. 현재 쓰이는 6인치 마스크를 12인치 마스크로 대체하면 팹 생산성을 높이고 칩 제조 비용을 낮출 수 있다.

하이-NA EUV는 대당 가격이 약 5000억 원으로 기존 EUV의 2배 수준인 것으로 알려졌다. 포토마스크를 대형화해 노광 횟수를 줄이면 웨이퍼 처리량을 늘릴 수 있다. ASML은 실제로 대형 마스크 도입 시 하이-NA EUV 장비의 생산성이 약 40% 향상될 것으로 보고 있다.

세계 최대 파운드리 기업인 대만 TSMC는 하이-NA EUV의 양산 적용을 늦추고 있다. TSMC는 올 4월 자체 컨퍼런스인 ‘테크놀로지 심포지엄’에서 2029년 양산 예정인 차세대 1.3나노(A13) 파운드리 공정에 하이-NA EUV 대신 기존 EUV를 적용하겠다고 밝혔다. A13은 직전 세대인 A14의 기본 구조를 유지하면서 칩 면적을 약 6% 줄인 공정이다. 기존 노광 체계만으로도 A13 양산이 가능하다고 판단한 셈이다.

TSMC는 삼성전자와 마찬가지로 이날 ASML의 12인치 마스크 개발에는 참여한다고 밝혔다. 다만 실제 양산 적용은 서두르지 않고 기존 EUV를 최대한 활용한 뒤 하이-NA EUV의 생산성과 경제성이 충분히 확보되는 시점에 도입한다는 전략이다.

삼성전자는 양산 경험을 선제적으로 확보하는 쪽에 무게를 두고 있다. 지난해 국내 최초로 하이-NA EUV를 반입한 데 이어 이번에는 12인치 마스크 표준 개발까지 참여하며 양산 준비를 앞당기고 있다. 2028년에는 업계 최초로 D램 생산에 고개구수 EUV를 적용하고 향후 1.4나노 선단 파운드리 공정으로 확대할 계획이다. 수많은 웨이퍼를 실제로 돌리면서 수율과 품질을 검증해 고개구수 EUV가 본격적으로 필요한 시점에 시행착오를 줄이겠다는 것이다.

전영현 삼성전자 대표이사 부회장은 “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 말했다.

이석진 기자 sj@sedaily.com