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포토마스크는 미세 회로 패턴을 새긴 틀로, 노광장비 안에서 빛을 받아 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하는 데 사용된다. 반도체 업계에서는 수십년간 6인치 규격을 사용해왔다. 하지만 최근 AI 반도체 등 회로가 복잡해지면서 하나의 회로를 한번에 웨이퍼에 새기는 것이 어려워졌다. 이에 업계는 회로를 여러 조각으로 나눠 새기고 이를 다시 웨이퍼 상에서 연결하는 작업(Die Stitching)을 통해 극복해왔다. 다만 이 과정에서 생산 시기가 늘어나고 불량률이 높아지는 문제가 있었다.
업계는 하이-NA EUV 도입과 함께 12인치 마스크 전환으로 차세대 반도체 제조 생산성을 극대화 시킬 것으로 기대하고 있다. 하이-NA EUV는 기존 EUV보다 2배 이상 미세한 회로를 구현할 수 있는 차세대 노광장비다. 기존 EUV와 동일한 극자외선을 이용하지만 빛의 개구수(NA)를 높여 더욱 세밀한 회로를 패터닝할 수 있다. 사진을 찍을 때 카메라 조리개를 더 열고 많은 빛을 받아들여 선명한 사진을 찍는 것과 같은 원리다.
특히 미세 회로를 새기기 위해 여러 번 작업해야 하는 기존 장비보다 멀티패터닝 횟수를 절반으로 줄였다. 2nm 구현을 위해 기존 장비는 4번의 작업이 필요했지만 하이-NA EUV 두 번에 구현할 수 있다. 이런 장점 덕에 하이-NA EUV는 1.4nm 이하 공정 첨단 메모리 제조에 필수적으로 적용될 것으로 전망된다. 다만 동일한 마스크를 이용한다고 했을 때 EUV보다 한 번에 회로가 새겨지는 면적이 절반으로 줄어든다. 이 때문에 마스크가 커지면 하이-NA EUV를 활용하면서도 보다 넓은 회로 패턴을 담을 수 있어 다이 스티칭 부담을 줄일 수 있다.
업계에서는 12인치 마스크 전환을 통해 생산성을 높이고 칩 제조 비용을 낮출 수 있을 것으로 보고 있다. 수백억개의 트랜지스터를 정밀하게 배치해야 하는 첨단 반도체에서 하이-NA EUV의 장점을 보다 경제적으로 활용할 수 있다는 설명이다. 특히 삼성전자는 과거 2000년대 8인치 웨이퍼를 12인치로 전환을 이끈 경험을 기반으로 이번 표준 전환에도 핵심적인 역할을 맡겠다는 목표다. 삼성전자는 지난 2020년 메모리 업계 최초로 D램 생산에 EUV 공정을 전면 적용했고, 지난해 3월에는 국내 최초로 하이-NA EUV 설비를 도입했다.
이번 협업은 첨단 D램 제조까지 이어진다. 삼성전자와 SK하이닉스는 2028년까지 업계 최초로 하이-NA EUV를 D램 양산 제품에 적용한다는 목표를 세웠다. 이를 통해 차세대 D램 미세화 경쟁에 선제적으로 대응하는 동시에, 하이-NA EUV가 실제 대규모 D램 생산에 기여할 수 있는지를 검증하겠다는 계획이다.
