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높은 수율, 신뢰성 있는 생산 역량 그리고 친환경적인 제조 과정, 삼성 파운드리 우수한 제조 비결

이 기사는 삼성 파운드리 포럼 2022의 키노트 연설을 바탕으로 한 파운드리 사업 심화 시리즈의 일부로 최신 파운드리 솔루션 및 기술을 다룹니다.

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반도체 파운드리 산업은 매우 빠른 속도로 발전해 가고 있다. 최근 파운드리 업체들은 경쟁에 앞서는 동시에 고객 만족을 위해 시장에 빠르게 침투하여 최신 제품을 생산해야 한다는 압박을 받고 있다. 이렇듯 경쟁이 치열한 업계에서 삼성전자 파운드리 사업부는 고객의 요구사항에 빠르게 대응하며 차별화를 이루고 있고, 고객의 중요한 파트너가 될 수 있도록 노력하고 있다. 이러한 우위를 유지하는 요소는 1) 제조 수율 및 속도 개선 2) 고객을 위한 TAT 단축 이라는 두 가지로 요약할 수 있다. 그러나 여기서 끝이 아니다. 삼성전자 파운드리 사업부는 고객을 위해 탄소 발자국(Carbon Footprint) 인증을 도입하고 지속 가능한 경영을 통해 환경을 향한 우리의 영향을 줄이도록 노력한다. 고객을 앞서가게 하는 우수한 제조 역량 고성능 컴퓨팅(HPC)과 모바일 기술이 부상함에 따라 이러한 기술을 지원하는 첨단 노드의 중요성이 점점 더 높아지고 있다. 삼성전자 파운드리 사업부는 첨단 노드 기술을 통해 기기와 데이터 센터가 더 빠른 속도로 동작할 수 있도록 지원하고 있다. 또한, 점점 늘어나는 수요를 충족하기 위해 사업체들이 제품 경쟁에서 앞서나갈 수 있도록 지원하기 위해 종합 첨단 솔루션을 구성했다. 이미 차세대 트랜지스터 게이트 올 어라운드(GAA) 기술로 구축된 3nm와 더불어 획기적인 EUV와 핀펫(FinFET) 기반의 5nm 및 4nm 솔루션을 보유하고 있다. 삼성은 7월에 3nm GAA 기술로 양산을 시작하여 또 다른 장벽을 허물었고, 이로써 삼성전자 파운드리 사업부는 3nm GAA 공정을 제공하는 유일한 기업이 되었다.
더 작아진 크기로 더 큰 생각을 하다 그러나 노드가 선단으로 갈수록 공정은 더욱 복잡해진다. 새로운 혁신이 언제나 그렇듯이 5nm에서 4nm로 향하는 길은 새로운 도전을 가져왔다. 4nm 초기 양산에 어려움이 있었으나 삼성전자 파운드리 사업부는 이를 극복했으며, 이제 4nm의 수율은 빠른 속도로 5nm 수율 수준으로 접근하고 있다. 앞으로 선보이게 될 4nm 기술은 5nm를 넘어서는 더 높은 수율을 제공할 것이다. 그리고 3나노 GAA를 제공하는 전 세계 유일의 파운드리인 삼성전자 파운드리 사업부는 이미 4nm 대비 50% 이상의 성능 개선을 보이고 있다. 노드가 더 작아지고 수율은 더 높아짐에 따라 불량률을 극적으로 줄여 자동차와 IoT를 포함한 전체 반도체 분야에서 더 높은 고객 만족도를 이어가고 있다. 자동차와 IoT에서 새로운 성장을 찾다 스마트 기술의 성장은 반도체 확산의 르네상스로 이어지고 있다. 계속해서 스마트해지는 IoT 솔루션에서부터 더 높은 동작 속도와 자율주행을 요구하는 차량에 이르기까지 반도체와 특수 기술에 대한 수요가 증가하고 있으며, 삼성전자 파운드리 사업부의 역량 또한 이와 함께 성장하고 있다. 삼성전자 파운드리 사업부는 현재 웨어러블만큼 작은 기기부터 운송 트럭과 같은 큰 기기에 이르기까지 전력을 공급하는 특수 제품(Specialty Products) 생산력을 확장하고 있다. 보다 선명한 촬영 이미지의 이미지 센서와 보다 정확한 생체 정보를 제공하는 웨어러블용 센서, 드라이버 IC 및 PMIC등을 위한 제품을 설계하고 있다. 파운드리로서 삼성은 눈부시게 성장하고 있으며, 2023년까지 우리의 역량은 2019년의 1.5배가 될 것이다. 이러한 성장 속에서 다양한 종류의 Specialty 제품 전반에 걸쳐 고객 중심 솔루션인 8nm 공정에 새롭게 주력하고 있다. 우수한 확장성과 비용 효율적인 노드로 알려진 8nm는 EUV를 사용하지 않고 고성능으로 지원되는 핀펫(FinFET)을 제공한다. 데이터 시너지: 모든 노드에서 안정적인 품질 대부분의 팹에서 주요 한계는 소수의 제품만 생산한다는 점이다. 라인업의 다양성이 부족하기 때문에 데이터에서 사각지대가 발생하게 된다. 간단히 말하자면, 진정으로 의미 있는 데이터 엔지니어링을 위한 충분한 데이터가 준비되어 있지 않다는 뜻이다. 삼성전자 파운드리 사업부는 여러 제품에서 수집한 대규모 데이터를 활용하는 데이터 시너지를 통해 데이터 분량이 적은 한계를 극복하고 있다. 방대한 데이터 풀을 활용하여 그 어느 때보다도 정확하게 생산 및 수율을 예측하고 있으며, 이는 생산하는 다양하고 방대한 제품 라인 덕분이다. 삼성전자는 세계에서 가장 큰 DRAM 팹을 보유하여 다른 곳에서는 따라할 수 없는 심층적인 데이터를 제공하고 있다. 이로 인해 삼성 DX 센터의 IT 전문가들은 삼성 메모리의 방대한 데이터를 이용해서 예측 모델을 생성하고 경쟁사보다 더 빠르고 정확하게 고객에게 보여줄 수 있다. 이러한 개선 사항은 스케쥴링 최적화, 생산성 향상 및 더 빠른 TAT로 이어지는 속도 향상으로 이어진다. 이는 EUV와 기타 기술을 사용함에 따라 첨단 제품의 TAT가 길어지기 때문에 더욱 중요하다. 데이터 시너지는 전체 공정을 보다 예측 가능하게 만드는 동시에 더욱 빠르게 완료하는 데 도움이 될 수 있다. 새로운 도전을 위한 새로운 팹
삼성전자 파운드리 사업부는 이미 대한민국과 미국의 주요 위치에 광범위한 팹 네트워크를 보유하고 있으며, 이제 더 많은 고객에게 새로운 노드와 더 큰 발전을 제공할 수 있도록 네트워크를 성장시키고 있다. 삼성 파운드리는 대한민국 평택에서 팹을 확장하여 2023년까지 역량을 1.6배 향상시킬 예정이다. 그리고 미국 텍사스주 테일러에서 새로운 팹을 선보일 예정으로 2024년에 가동을 시작할 계획이다. 그리하여 2027년까지 현재 사업 규모보다 전체 역량을 3.3배 확장할 것이다. 친환경인 제조
삼성전자 파운드리 사업부는 지속적인 성장과 더불어 친환경 제조를 통해 환경을 보호하려는 약속을 지키고 있다. 제품의 소비 전력을 절감하여 에너지 비용과 탄소 발자국을 낮추고, 고객이 서버와 제품을 구동하는 최첨단 노드를 보유하면서도 책임감 있게 확장할 수 있도록 지원한다. 그러나 이는 전력 절감 솔루션에 관한 것만이 아니며, 우리의 제조 방식 또한 변화하고 있음을 의미한다. 삼성전자는 제조 과정에서 발생하는 탄소 배출, 물 사용, 폐기물, 오염물질을 절감하고, 업계에서의 자원 순환을 선도하며, 공정에서 발생하는 폐기물을 줄이기 위해 노력하고 있다. 현재 폐기물의 97%를 재활용하고 있으며, 2030년까지 이 수치를 99.9%로 끌어올리고자 한다. 2009년부터 우리는 제품에 탄소 발자국 인증(Carbon footprint certifications)을 도입하여 가장 친환경적인 접근으로 모든 공정을 진행하고있다. 이는 지속 가능성을 염두에 두고 삼성의 성장을 책임감 있게 다루며, 고객 또한 책임감 있게 성장하도록 돕기 위해 필요한 단계이다. 또한, 속도와 신뢰성을 대폭적으로 개선하고 새롭게 추가되는 팹을 통해 업계 전반에서 파트너를 위한 우수한 제품을 제조하고 있다. TAT와 수율을 개선하여 고객이 더 빨리 시장에 진출하고, 고객의 제품이 사용자에게 더 나은 성능을 제공할 수 있도록 지원한다.