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"10조짜리 반도체 라인" EUV 프로젝트 출발
작성자 웨스트팩 날짜 12-11-29 09:40
- 인텔 삼성 등 60여사 공동설립 세마테크, 450mm 웨이퍼 가공 기술 개발 총력

기술 진화의 장벽 앞에 선 글로벌 반도체 업계가 힘을 모았다.
기존 지름 300mm(12인치) 웨이퍼보다 2.25배 생산량을 늘릴 수 있는 450mm(18인치) 웨이퍼 테스트라인이 올 연말 가동된다.

30일 반도체업계에 따르면 최근 서울 양재동 엘타워에서 열린 '반도체 기술 세미나'에서 대니얼 암버스트 세마테크 사장은 "450mm 웨이퍼 개발과 극자외선(EUV) 노광기술은 거스를 수 없는 대세"라며 "세마테크 주도의 컨소시엄이 450mm 웨이퍼 테스트 공장을 연말에 개소한다"고 밝혔다.

지난 2005년 국제반도체기술로드맵(ITRS)에서는 미래 기술을 예측하면서 올해 450mm 웨이퍼가 시장에 도입될 것이라고 전망했으나, 여러 기술적 한계 등으로 2018 년께는 돼야 450mm 웨이퍼가 상용화될 것이라는 전망이 우세한 상황이다. 이 시점에서 세마테크가 테스트라인을 올 연말에 가동할 경우 450mm 웨이퍼 도입의 씨앗을 뿌리게 되는 셈이다.

450mm 테스트 라인을 주도하고 있는 세마테크(www.sematech.org: Semiconductor Manufacturing Technology)는 전세계 반도체 기업들이 공동으로 참여하는 비영리 반도체 연구개발 기구다.
지난 1987년 미국 정부와 인텔, TI 등 미국 내 6개 반도체 회사가 힘을 모아 만든 세마테크는 지난 1998년말 300mm 웨이퍼 도입 시기부터는 자국 내 힘만으로는 반도체 기술개발이 역부족이라는 판단에서 삼성전자, SK하이닉스, 대만의 TSMC 등 7개 미국 바깥 지역의 반도체 회사들도 연구 컨소시엄 내에 참여시켰다.

현재 세마테크에는 전세계 내로라하는 약 60개의 반도체 관련 기업들이 멤버와 파트너로 참여하고 있다. 세마테크가 테스트 라인을 구축한다는 것은 실제 양산을 위한 준비를 시작한다는 의미가 있다.

◇450mm 웨이퍼 논의 왜?=450mm 웨이퍼는 현재 300mm 웨이퍼보다 지름은 1.5배 길지만, 웨이퍼당 생산되는 칩의 양은 이론상 2.25배 많아진다. 기존 300mm 웨이퍼에서 100개의 칩이 생산됐다면 450mm에서는 225개의 칩이 생산된다는 의미다. 그만큼 생산성이 높아진다.

문제는 450mm 생산 라인을 구축하기 위해 드는 비용에 대한 부담과 2.25배 가량 면적이 넓어진 웨이퍼를 안정적으로 다루고, 이를 통해 수율(양품의 비율)을 높일 수 있는 기술이다. 웨이퍼의 크기가 커지면 커질수록 웨이퍼 표면에 균일하게 화학물질을 증착하는 기술 등 표면처리 문제와 장비의 안정화 등 난제가 남아있다.

현재까지 상용화된 20나노 이하의 공정에 사용할 수 있는 노광기술(Lithography: 반도체 회로에 빛을 쪼여 회로 설계대로 패턴을 만드는 작업)의 개발도 관건이다.

◇450mm 웨이퍼 논의 왜?=450mm 웨이퍼는 현재 300mm 웨이퍼보다 지름은 1.5배 길지만, 웨이퍼당 생산되는 칩의 양은 이론상 2.25배 많아진다. 기존 300mm 웨이퍼에서 100개의 칩이 생산됐다면 450mm에서는 225개의 칩이 생산된다는 의미다. 그만큼 생산성이 높아진다.

문제는 450mm 생산 라인을 구축하기 위해 드는 비용에 대한 부담과 2.25배 가량 면적이 넓어진 웨이퍼를 안정적으로 다루고, 이를 통해 수율(양품의 비율)을 높일 수 있는 기술이다.
웨이퍼의 크기가 커지면 커질수록 웨이퍼 표면에 균일하게 화학물질을 증착하는 기술 등 표면처리 문제와 장비의 안정화 등 난제가 남아있다.

현재까지 상용화된 20나노 이하의 공정에 사용할 수 있는 노광기술(Lithography: 반도체 회로에 빛을 쪼여 회로 설계대로 패턴을 만드는 작업)의 개발도 관건이다.

40나노 이하에서 20나노 후반까지는 기존 ArF 광원을 사용하되 파장을 더 짧게 하기 위해 빛이 물을 통과하도록 해 웨이퍼에 더 짧은 파장의 빛이 도달하도록 하는 이멀전(액침방식)이라는 과도기적 기술을 사용해왔다.

하지만 20나노 초반에서 10나노 이하의 공정에는 이런 기술로 한계가 있어 EUV(극자외선 광원, 파장 100㎚~10㎚)를 활용해 반도체를 제조하는 기술개발이 한창이다. 삼성전자나 SK하이닉스, 인텔 등이 EUV 시험 노광장비를 도입해 기술개발에 매진하고 있다.

450mm 웨이퍼에 적용될 EUV 노광기는 가격과 무게, 안정성 등이 가장 큰 문제이자 과제다. 기존 ArF 액침노광기(Immersion Lithography)의 무게(13톤 정도)보다 4~5배 무거운 60톤에 달하는 데 이런 장비가 최대 10여대가 들어갈 경우 건물의 설계 등이 큰 과제다. 반도체는 미세한 진동에도 예민하게 반응하기 때문에 지반을 다지고, 진동에 견딜 수 있는 설계 등도 문제다.

현재 ArF 액침노광기는 주변장비까지 포함하면 약 1000억원에 달하고, 이보다 진화한 EUV 노광기는 1대당 1500억원을 넘어설 것으로 전망된다.

ArF 액침노광기와 EUV 노광기는 네덜란드 ASML이 핵심 기술이 갖고 있으나 대규모 개발비용으로 독자적 개발이 어려워 반도체 기업들에게 손을 벌리고 있다. 최근에는 인텔이 ASML에 21억달러를 투자했고, 삼성전자도 이 회사에 1조 1000억원을 투자해 EUV 장비 개발에 힘을 실어주고 있다.

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