반도체 미세공정 경쟁확대…‘설계‧계측‧신소재’ 부각

[테크월드뉴스=노태민 기자] 글로벌 파운드리 업계의 미세공정 경쟁이 치열한 가운데 주도권 확보를 위해 설계 기술 공동 최적화(Design Technology Co-Optimization, DTCO) 및 계측, 신소재 적용 등의 중요성이 대두되고 있다. 안정적인 공급과 고객사 확보를 위해서는 수율개선이 우선돼야 하는 이유다.

삼성전자가 지난 6월 3나노미터(nm) 반도체 양산에 성공하며 유리한 고지를 차지했다. 경쟁사인 TSMC의 3nm 양산 일정 연기로 대형 고객사 확보가 가능해졌다. 파운드리 선단 공정에서 대형 고객사 확보는 수율 개선과 다른 대형 고객사 확보로 이어지기에 필수적이다.

삼성전자가 대형 고객사를 우선 확보할 경우, TSMC와의 수율경쟁에서도 우위를 차지할 수 있다. TSMC가 삼성전자에 비해 높은 수율을 자랑하는 것은 대형 고객사 확보를 통해 소품종 대량 생산이 가능한 까닭이다.

지난달 28일 삼성전자는 실적발표 컨퍼런스콜에서 GAA 2세대 공정을 원하는 다수의 대형 고객사와 모바일 관련 제품 납품 계약을 체결했다고 밝혔다. 

전문가 의견에 따르면 삼성전자가 추가적인 대형 고객사 확보를 위해서는 설계 기술 공동 최적화, 계측 기술, 신소재 적용 등을 통해 3nm 반도체의 수율 개선을 달성해야 한다.

DTCO는 반도체 기술 개발 초기 과정에서 설계 및 공정 과정에서 최적화를 위해 사용되는 프로그램이다. 반도체 설계에서 발생하는 문제를 예측하고 공정 레시피를 최적화해 생산 수율을 개선할 수 있다.

삼성전자는 DTCO 기술을 적용해 3nm 반도체 양산에 성공했고, PAA(Powe, Performance, Area) 극대화에 성공했다.

삼성전자가 글로벌 반도체 시장에서 우위를 이어가기 위해서는 계측 기술과 신소재 적용도 필요하다. 반도체 내 회로 배선 폭이 지속적으로 좁아지면서 기존의 소재 적용이 어렵고, 레이어 간의 왜곡이 발생하기 때문이다. 현재의 계측 기술과 소재로는 수율 확보에 어려움이 있다. 

반도체 계측 공정은 생산 중인 소자의 물리적, 전기적 특성 목표가 제조 순서의 각 단계에 충족됐는지 확인하는 공정이다. 반도체는 멀티 패터닝과 3D 설계를 적용해 수십억 개에 이르는 회로 패턴이 여러 레이어를 이루며 만들어진다. 여러 레이어를 통해 만들어지기 때문 왜곡이 생기며 정확한 계측이 어려워진다.

수율 안정화를 위한 신소재 개발도 활발하다. 전문가들은 미세 공정에 적합한 신소재 적용으로 수율 및 성능 향상이 가능하다는 입장이다. 

대표적인 사례로는 동진쎄미켐의 EUV용 포토레지스트(PR) R&D 등이 있다. 포토레지스트는 특정한 파장의 빛에 화학전 변화를 일으켜 웨이퍼에 선폭 전사를 하는데 사용되는 소재다. 반도체 리소그래피 공정에 사용되는 핵심 재료다. 

반도체 업계 관계자는 “반도체 미세공정에서 R&D뿐 아니라 소부장 산업의 중요도도 크게 상승하고 있다”며 “현재 문제가 되고 있는 낮은 수율을 올리기 위해서 이슈가 되고 있는 EUV 장비뿐 아니라, 업계 전반에 대한 투자로 확대가 필요하다”고 밝혔다.