[편집자 주] 반도체 불황의 끝이 보인다는 기대가 커지고 있다. 아직은 이르지만 바닥을 통과했다는 게 업계 중론이다. 작금의 불황 이후 반도체 산업계에선 다시 미세공정 경쟁이 달아오를 가능성이 크다. 초미세 공정 구현의 한계를 누가 빨리 넘어서느냐가 내년 이후 반도체 시장 주도권의 향방을 가를 것이기 때문이다. 경쟁은 소재·장비 분야에서 시작되고 있다. 보다 미세한 회로를, 더욱 정교하게 그려내기 위한 어드밴스드 리소그래피(Lithography)와 미세 패터닝(Patterning) 기술 및 장비 경쟁 현황을 짚어본다. 

반도체 업계 전반에서 차세대 패터닝 기술이 논의되고 있는 가운데, ASML은 하이 NA 극자외선(EUV) 장비 개발에 박차를 가하고 있다. 하이 NA EUV 장비는 2nm 이하 초미세공정에 생산에 필수적인 장비다. 하이 NA EUV 장비는 렌즈 개구수(NA·Numerical Aperture)를 0.33에서 0.55로 늘렸다. NA 확대를 통해 미세 회로를 그리기 위해서다. 노광의 기본적인 수식인 '레일리의 식'은 'R=K1 x λ/NA'다. R은 해상력, K1은 공정상수, 람다(λ)는 파장을 뜻한다. 식을 해석해 보면 패턴의 한계는 파장이 짧아질수록 작아지고 NA 값이 커질수록 더 작은 패턴을 그릴 수 있다. 다시 말해 렌즈를 확대해 집광 능력을 늘리면 더 작은 패턴 형성이 가능하다는 이야기다. 다만, 렌즈 크기를 키우는데는 한계가 있는 것으로 보인다. 업계관계자는 "렌즈를 키우는 데는 한계는 없지만, EUV는 반사 광학계이기 때문에 입사된 빛과 반사된 빛을 관리하기가 쉽지 않다"며 "입사광과 반사광에 간섭이 생기기 때문에 일정 크기 이상은 키우기가 힘들다"고 설명했다. 파장을 줄이기 위한 연구도 진행되고 있다. ASML 등 노광 관련 기업과 연구소에서는 6.7nm 파장 연구를 진행 중인 것으로 알려졌다. 현재 EUV 공정의 파장은 13.5nm 수준이다. 업계에서는 노광 장비 성능 향상을 위해 파장을 줄이거나 렌즈 크기를 확대하는 방식으로 대응 중이다. DUV에서 EUV로의 전환이 대표적이다. DUV는 193nm, 248nm 등 파장을 이용했다. ASML은 내년부터 하이 NA EUV 장비를 고객사에 공급할 것으로 보인다. 대량 양산은 2026~2027년 목표하고 있다. 첫 하이 NA EUV 장비는 인텔에 납품하는 것으로 알려졌다. 인텔은 해당 장비를 통해 18A(1.8nm급) 반도체를 양산한다는 계획이다. 인텔은 지난 9월 열린 '인텔 이노베이션 2023'에서 18A 웨이퍼를 공개한 바 있다. 인텔은 18A 공정을 이용한 반도체를 2025년 출시할 예정이다. 이외에도 TSMC, 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 반도체 기업들이 인텔 하이 NA EUV 장비를 발주했다. 제품 양산에 앞서 ASML은 IMEC에 파일럿 라인을 구축하고 하이 NA EUV 장비에 대한 전반적 검증에 돌입했다. IMEC은 벨기에에 위치한 유럽 최대 종합 반도체 연구소다. 파일럿 라인에서는 포토레지스트(PR), 포토마스크 재료부터 계측 기술, 패터닝 기술 등 개선을 목표하고 있다. ASML은 하이 NA EUV 이후 장비도 준비 중이다. 개구수를 0.75로 확대한 하이퍼 NA EUV 장비다. ASML은 차차세대 장비에도 파장 변경이 아닌 개구수를 확대하는 것으로 방향을 잡은 것이다. ASML은 하이퍼 NA EUV 장비가 약 10년 후 생산될 것이라고 소개했다. 

디일렉=노태민 기자 [email protected]
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