삼성·ASML ‘초격차’ 손 잡았다…차세대 미세공정 D램 공동개발

12인치 포토마스크로 생산성·수율 개선 2028년 세계최초 High-NA EUV D램 개발 삼성전자와 ASML이 차세대 반도체 제조 기술의 주도권을 확보하기 위해 손을 맞잡는다. 기존 6인치 포토마스크를 12인치로 확대하는 새로운 마스크 표준 전환에 협력하고, 차세대 노광장비인 ‘High-NA EUV’(고개구율 극자외선)의 D램 적용에도 속도를 낸다. 미세공정 한계를 돌파할 새로운 제조 기반을 선점해 중국 등 후발주자와의 기술 격차를 유지하겠다는 전략이다. 8일 삼성전자와 ASML은 이같은 내용을 발표했다. 삼성전자는 ASML이 주도하는 12인치 포토마스크 컨소시엄에 참여한다. High-NA EUV 도입에 맞춰 대형 포토마스크 전환에 대한 업계 공감대가 커지는 가운데 삼성전자도 새로운 제조 표준 구축에 힘을 보태기로 했다. 반도체 노광 공정에서는 지난 수십 년간 6인치 포토마스크가 사용돼 왔다. 최근 인공지능(AI) 반도체 등을 중심으로 회로 설계가 복잡해지면서 하나의 회로층을 한 번에 웨이퍼에 새기기 어려워졌고, 회로를 여러 개로 나눠 새긴 뒤 다시 연결하는 ‘다이 스티칭’ 방식이 활용돼 왔다. 다이 스티칭 과정에서 오류가 발생하면 재작업이 필요하고 생산기간도 길어지는 한계가 있다. High-NA EUV는 기존 EUV보다 정밀도가 높아 같은 크기의 포토마스크를 사용할 경우 한 번에 새길 수 있는 면적이 절반으로 줄어드는 문제가 있다. 12인치 대형 포토마스크를 사용하면 한 번에 더 넓은 면적의 회로를 웨이퍼에 새길 수 있다. 이를 통해 다이 스티칭에 따른 공정 부담을 줄이고 불량률과 원가를 낮추면서 생산성을 높일 수 있다는 설명이다. High-NA EUV 도입을 계기로 12인치 포토마스크 전환에 대한 업계 공감대도 확대되고 있다. High-NA EUV는 기존 EUV와 같은 극자외선을 이용하지만 빛의 개구수를 높여 더 미세한 회로를 패터닝할 수 있다. 기존 EUV의 NA는 0.33인 반면 High-NA EUV는 0.55다. 이에 따라 한 번에 그릴 수 있는 회로 선폭은 기존 EUV의 13나노미터(㎚)에서 High-NA EUV의 8㎚ 수준까지 낮아진다. ASML은 이를 통해 소자를 최대 1.7배 작게 만들고 밀도는 이론상 최대 2.9배까지 높일 수 있다고 설명한다. High-NA EUV의 또 다른 장점은 멀티패터닝 횟수를 줄일 수 있다는 점이다. 기존 EUV로 2나노미터급 회로를 구현하려면 여러 차례 멀티패터닝이 필요하지만, High-NA EUV를 사용하면 이론적으로 공정 횟수를 절반 수준으로 줄일 수 있다. 1.4나노미터 이하 공정에서는 기존 EUV를 활용할 경우 노광 횟수가 크게 늘어날 수 있는 만큼 High-NA EUV가 이를 해결할 차세대 기술로 꼽힌다. 중장기적으로 로직 공정뿐 아니라 첨단 메모리 제조에도 필수적으로 적용될 것으로 예상된다. 삼성전자는 차세대 반도체 기술 경쟁력을 확보하기 위해 최신 제조기술을 선제적으로 도입해 연구개발과 양산에 활용해 왔다. 포토공정에서도 ASML과 오랜 기간 협력하며 최신 노광 기술 개발과 상용화에 협력하고 있다. ASML은 현재 유일하게 EUV 노광 기술을 보유한 글로벌 장비 업체로, 이번 12인치 대형 포토마스크 컨소시엄을 주도하고 있다. 삼성전자의 참여로 12인치 포토마스크 도입도 더욱 빨라질 전망이다. 제조 표준을 바꾸기 위해서는 원재료 공급사와 장비업체뿐 아니라 제조 전후방 공급망 전반의 협력이 필요하다. 삼성전자는 과거 2000년대 8인치 웨이퍼에서 12인치 웨이퍼로의 전환을 이끈 경험이 있는 만큼 이번 마스크 표준 전환에서도 역할이 클 것으로 전망된다. 삼성전자는 지난해 3월 국내 최초로 High-NA EUV 장비를 반입하며 차세대 노광 기술 도입을 본격화했다. 이번 컨소시엄 참여를 통해 ASML과의 협력 범위도 확대될 전망이다. 삼성전자는 오는 2028년 세계 최초로 D램 양산 제품에 High-NA EUV를 적용해 제조 공정의 안정성을 조기에 검증한다는 계획이다. 실제 양산 제품을 통해 High-NA EUV의 공정 조건과 수율, 생산성을 확인하고 새로운 노광 기술을 양산 체계에 빠르게 안착시키는 것이 목표다. 이는 차세대 D램의 미세화 경쟁에 선제적으로 대응하는 동시에 High-NA EUV가 대규모 D램 생산에 기여할 수 있는지를 검증하는 프로젝트라는 의미가 있다. 삼성전자는 앞서 2020년 3월 메모리 업계 최초로 D램 생산에 EUV 공정을 전면 적용했다. 당시 EUV 공정을 적용한 1세대(1x) 10나노급 DDR4 D램 모듈 100만개 이상을 공급하고 글로벌 고객 평가를 완료했다. 삼성전자는 이같은 EUV 적용 경험을 바탕으로 High-NA EUV도 조기에 양산에 적용해 차세대 D램 제조 기술의 안정성과 생산 경쟁력을 확보한다는 전략이다.