삼성전자, 세계 최초 상업용 EUV 칩 출시 예정

극자외선 리소그래피(EUV)는 초미세 반도체 회로 패턴을 생산하는 획기적인 기술로, 삼성전자는 오랜 연구 끝에 공정 도입을 앞두고 있다. 삼성 파운드리는 이 전도유망한 기술을 상업 생산에 도입한 최초의 회사가 될 것이다. 이러한 놀라운 성과를 전달하게 되어 매우 기쁘다. 삼성 파운드리는 네덜란드에 거점을 두고 있는 ASML 및 기타 주요 기술 공급업체들과 협력하여 수년간 EUV 기술을 개발해 왔다. 개발 기간 동안, 검증이 완료된 256메가비트(Mb) 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 칩을 포함하여 수십만 개의 테스트 장치를 생산했다. 올해 2분기까지 모든 준비를 완료하여 화성에 위치한 새로운 S3 제조 라인에서 세계 최초 EUV 칩을 양산할 예정이다. 한편, 삼성 파운드리는 생산량 제고 및 대체 생산 라인을 확보하기 위해 최근 화성에 두 번째 EUV 라인을 착공했다. 투자 금액은 약 60억 달러에 이르며 2020년에 완공되어 생산을 시작할 예정이다. 나노 스케일 기능 두 생산 라인 모두 삼성전자의 새로운 7나노미터(nm) LPP(Low Power Plus) EUV 제조 공정을 이용해 양산이 이루어질 것이다. 이 EUV 제조 공정은 고에너지 EUV 광을 사용하여 7나노만큼 작은 임계 치수의 초미세 장치 기능을 갖춘 칩을 생성한다. 크기를 비교해 보면, 일반적인 바이러스 세포의 너비는 10나노, 미세한 DNA 가닥의 너비는 약 2.5나노인 것에 비해 각 실리콘 원자의 크기는 1나노보다 약간 작다. 장기적으로 EUV 기술은, 각 칩에 점점 더 많은 기능을 집어넣으면서 크기가 점점 작아지고 나노 규모의 기능을 갖춘 차세대 칩을 구축할 수 있게 될 것이다. 단기적으로는 기존의 멀티패턴 프로세스에 비해 전력 소모가 적고, 필요한 마스크층의 수가 적으며, 디자인 및 제조에 소요되는 시간이 짧은 칩 제조에 도움이 될 것이다. 현재의 삼성 파운드리 첨단 10나노 기술과 비교했을 때, 7LPP EUV 공정은 제조의 복잡성을 줄이고 처리 단계를 단축시켜 수율을 향상시킬 것으로 기대하고 있다. 특히 새로운 프로세스는 기존 대비, 성능을 10% 향상시키고 소비 전력을 최대 35%까지 줄임과 동시에 영역 효율성(새로운 기능을 더 추가할 수 있는 공간!)을 최대 40%까지 향상시킬 것으로 기대한다. 올해 2월 삼성 파운드리는 새로운 7LPP EUV 공정 기술의 첫 번째 고객이 퀄컴이 될 것이라고 발표했다. 퀄컴은 최신 Snapdragon™ 5G 모바일 칩셋을 생산하기 위한 협력업체로 삼성 파운드리를 선택했다. 퀄컴은 삼성 파운드리와의 협업을 통해 휴대폰 및 기타 모바일 기기용 칩셋의 설치 공간이 이전 디자인보다 더 작을 것으로 기대하고 있다. 이러한 영향으로 차기에 출시될 제품 내 가용 공간이 늘어나 더 큰 배터리를 장착하거나 제품을 슬림하게 디자인할 수 있을 뿐만 아니라 프로세스 개선과 첨단 디자인으로 배터리 수명을 크게 향상시킬 수 있을 것이다. 더 적은 수의 마스크 칩 제조사는 고해상도 포토마스크를 사용하여 각 칩의 복잡한 회로 패턴을 감광성 화학 물질로 코팅된 실리콘 웨이퍼 표면에 전사한다. 이러한 마스크는 칩의 일부 영역이 고강도 빛에 선택적으로 노출되고 다른 영역은 차폐되도록 하는 스텐실 역할을 한다. EUV 리소그래피 칩 디자인의 큰 이점은 각 레이어에 하나의 마스크와 한 번의 노출만이 필요하다는 것이다. EUV가 아니었다면 7나노 수준에서 복잡한 멀티 패터닝 기술을 필요로 했을 것이다. 따라서 이 부분은 매우 중요한 발전이다. 멀티 패터닝 공정에서는 우선 각 칩 레이어에 식각될 회로 패턴이 최대 4개의 포토마스크 사이에서 분할된다. 그런 다음 마스크를 조심스럽게 배치하고 칩의 각 레이어에 원하는 패턴을 투영하기 위해 강한 빛에 차례로 노출시킨 다음, 노출된 영역을 제거하기 위해 화학적으로 식각해야 한다. 이러한 단계는 웨이퍼에 인쇄되어야 할 모든 기능이 완료될 때까지 여러 번 반복된다. 12인치 직경의 실리콘 웨이퍼 위에 수백 개의 칩을 만들기 위해서는 많은 시간을 요구하는 공정을 거쳐야 하며 하나의 마스크 처리에 하루가 소요될 수도 있다. EUV는 이러한 복잡하고 비용이 많이 드는 멀티 패터닝 단계를 제거하고 한 번의 노출로 동일한 작업을 수행한다. EUV의 기타 장점 EUV 리소그래피의 개발 속도는 예상보다 느렸고 수많은 기술적 문제에 직면했다. 그럼에도 불구하고 EUV는 복잡한 멀티 패터닝 방식에서 간단한 단일 마스크 패터닝 방식으로 돌아와 한 자릿수 나노미터의 기술을 제시했으며, 디자인 및 제조 공정을 크게 단순화 했다. EUV 덕분에 값비싼 마스크를 적게 사용할 수 있을 뿐 아니라 처리에 필요한 공정이 단순해져, 팹을 통한 제품 생산의 속도는 오늘날 널리 사용되는 멀티 패터닝 방식보다 훨씬 빠를 것이다. 또한 EUV 리소그래피는 엔지니어의 디자인 플로우를 단순화하고 디자인 검증의 복잡성을 줄여 새로운 칩 디자인에 필요한 노력을 줄이는 데 도움이 될 것이다. 다가오는 EUV 시대에는 현저히 짧은 시간 안에, 조립 라인을 통한 더 빠르고 더 우수한 칩이 생산될 것이다. 또한 하이퍼스케일 데이터 센터, 고성능 네트워킹, AI, ML 및 완전 자율주행을 위한 빅 데이터 및 고성능 컴퓨팅 중심의 시대에서 고객의 요구 사항을 충족시키는 동시에 신제품이 시장에 출시될 때까지의 시간을 한 달 이상 대폭 단축시킬 수 있을 것이다. 이제 EUV는 반도체 업계에서 정말 중요한 기술이며 이제까지 기다려 온 가치가 있다고 할 수 있을 것이다. EUV. 7LPP. 삼성 파운드리. 디자인과 생산의 새로운 길을 제시하다. 삼성전자의 새로운 7나노 LPP EUV에 대해 더 알고 싶다면 5월 22일 화요일, 산타클라라 메리어트에서 열리는 삼성 파운드리 포럼에 지금 등록해보시기 바란다.