SK하이닉스, 2028년께 D램 양산에 High NA EUV 공정 적용
지난해 9월 업계 최초 이천 M16에 양산용 High NA EUV 반입
기존 6인치→12인치로 확대된 차세대 포토 마스크 필요성 대두
삼성, ‘대형 마스크 컨소시엄’ 동참…SK보다 선제적으로 참여해
첨단 D램 공정에 High NA EUV 도입 나선 삼성·SK 경쟁 본격화

SK하이닉스 이천 M16. <사진=SK하이닉스>

SK하이닉스가 오는 2028년 D램 공정에 세계적 반도체 제조 장비 업체인 네덜란드 ASML의 차세대 노광 장비를 도입키로 했다. 공급을 크게 웃도는 수요로 인해 더 많은 최첨단 AI 메모리를 생산해야 하는 상황에서, 제품 성능 개선은 물론 생산성까지 향상시킬 수 있는 차세대 노광 기술을 서둘러 적용해 선도적 지위를 굳히겠다는 것이다.

SK하이닉스 뿐만 아니라 삼성전자도 2028년까지 메모리 제조에 차세대 노광 장비를 도입한다는 뜻을 내비치면서,  차세대 D램 주도권을 거머쥐려는 업체 간 경쟁은 한층 더 치열해지는 모습이다.

9일 로이터 통신에 따르면 SK하이닉스는 ASML의 차세대 노광 장비, 고개구수(High NA) 극자외선(EUV) 공정을 2028년께 D램 양산에 적용키로 했다.

High NA EUV는 기존 EUV 보다 더 큰 NA를 적용해 해상도를 크게 향상시킨 차세대 노광 장비다. NA는 렌즈가 빛을 얼마나 많이 모을 수 있는지 나타내는 수치로, 값이 클수록 더 정밀한 회로 패턴을 구현할 수 있다.

현존 가장 미세하게 회로 패턴 구현이 가능한 High NA EUV는 선폭 축소, 집적도 향상 등에 핵심 역할을 할 것으로 기대를 모은다.

SK하이닉스가 고도화된 기술력을 자랑하는 High NA EUV를 첨단 메모리 생산에 도입하려는 것은 최첨단 AI 메모리 역량을 제고하기 위해서다. 

앞서 SK는 2021년 1a(10나노급 4세대) 공정 기반 D램에 EUV 장비를 처음으로 채택한 이후, 첨단 D램 제조에 꾸준히 확대 적용해 왔다. 생산성과 제품 성능을 높이려면 선단 공정 기술 고도화가 필수다.

그러나 최근 AI 시대가 도래하면서 차세대 반도체 시장을 선도할 최첨단 칩의 필요성이 대두되기 시작했다. 그리고 초미세화 및 고집적화를 이뤄낼 AI 칩을 양산하기 위해선 기존 EUV 장비를 뛰어 넘는 차세대 장비를 선제적으로 확보해야 한다는 목소리가 높아졌다.

이같은 흐름을 읽은 SK하이닉스는 지난해 9월 메모리 업계 최초로 이천 M16에 양산용 High NA EUV를 반입했다.

SK하이닉스 관계자는 “치열한 글로벌 반도체 경쟁 환경에서 고객 니즈에 부응하는 첨단 제품을 신속하게 개발하고 공급할 수 있는 기반을 마련하게 됐다”며 “파트너와의 긴밀한 협력을 통해 전 세계 반도체 공급망의 신뢰성과 안정성을 한층 더 강화해 나가겠다”고 강조했다.

SK가 들여 온 차세대 노광 장비는 ASML의 ‘트윈스캔 EXE:5200B’로, High NA EUV 최초의 양산용 모델이다. 기존 EUV의 NA가 0.33인 것에 비해, High NA EUV의 NA는 40% 향상된 0.55에 달한다. 이에 1.7배 더 정밀한 회로 형성이 가능하고, 2.9배 더 높은 집적도를 구현할 수 있다.

SK하이닉스는 High NA EUV 도입을 통해 기존 EUV 공정을 단순화하고, 차세대 메모리 개발 속도를 높여 제품 성능과 원가 경쟁력을 동시에 확보한다는 구상이다.이를 통해, 고부가가치 메모리 시장에서의 입지를 강화하고, 기술 리더십을 더욱 공고히 할 것으로 기대하고 있다.

김병찬 ASML코리아 사장은 “High NA EUV는 반도체 산업의 미래를 여는 핵심 기술이다”며 “SK하이닉스와 긴밀히 협력해 차세대 메모리 반도체 기술 혁신을 앞당길 수 있도록 적극 지원하겠다”고 전했다. 차선용 SK하이닉스 최고기술책임자(CTO) 부사장도 “이번 High NA EUV 도입으로 SK가 추진 중인 미래 기술 비전을 실현하기 위한 핵심 인프라를 확보하게 됐다”며 “급성장하는 AI와 차세대 컴퓨팅 시장이 요구하는 최첨단 메모리를 가장 앞선 기술로 구현해 AI 메모리 시장을 선도하겠다”고 밝혔다.

SK하이닉스 청주캠퍼스. <사진=SK하이닉스>

차세대 노광 장비를 확보한 SK하이닉스는 현재 D램 양산에 High NA EUV를 적용하기 위해 고군분투하고 있다.

이 과정에서 SK 스스로 차세대 포토 마스크의 필요성을 느꼈다는 후문이다. 더 많은 미세 회로 패턴을 구현하기 위해선 기존 6인치 마스크를 12인치로 확대할 필요가 있다.

SK하이닉스는 High NA EUV 공정을 최적화할 포토 마스크 대형화에 힘을 보태는 방안을 고심 중인 것으로 알려졌다.

실제로 로이터는 SK하이닉스가 성명을 통해 12인치 포토 마스크 도입과 관련한 컨소시엄 참여를 검토하고 있다고 보도했다.

실제로 ASML은 글로벌 반도체 기업들과 손잡고 ‘대형 마스크 컨소시엄(Large Size Mask Consortium)’을 운영하고 있다.

대형 마스크 컨소시엄은 현재 반도체 노광 설비에 사용되는 6인치 마스크를 12인치 마스크로 확대 전환하기 위해 꾸려진 협의체다. 컨소시엄은 노광 설비와 포토 마스크 관련 글로벌 기술 동향을 함께 모니터링하고, 12인치 포토 마스크 개발을 목표로 공동 연구 및 표준 개발 협력을 이어 나가고 있다.

포토 마스크는 미세 회로 패턴을 정교하게 새긴 정밀 ‘마스크(틀)’로, 노광 장비 내에서 빛을 통해 웨이퍼에 패턴을 새기는 필수 도구다. 여기서 회로를 얼마나 정밀하게 새기는지에 따라 반도체 성능과 수율이 좌지우지된다.

특히 차세대 노광 설비인 High NA EUV 도입으로 인해 기존 6인치 대비 12인치로 전환해야 할 필요성이 더욱 커지고 있다. 나눠 새기고, 이를 연결하는 작업(stitching) 제약을 해소할 수 있어, 팹 생산성을 높이고 칩 제조 비용을 낮출 수 있기 때문이다.

무엇보다 설계 단계에서 수백억개의 트랜지스터를 정밀하게 배치하는 첨단 반도체의 경우, 12인치 마스크를 통해 High NA EUV 설비의 이점을 온전히 활용할 수 있다.

삼성전자 평택캠퍼스 반도체 생산라인. <사진=삼성전자>

SK하이닉스가 검토 중인 사이, 경쟁자인 삼성전자는 하루 전인 8일 대형 마스크 컨소시엄에 동참한다고 공식화했다.

삼성이 컨소시엄에 합류한 배경에는 SK와 마찬가지로 D램 양산에 High NA EUV 공정을 적용하겠다는 계산이 깔려 있다.

앞서 지난 8일 삼성전자는 ASML과 2028년까지 D램 제조에 High NA EUV 도입을 위한 협력을 강화한다고 밝혔다. 더욱 정밀한 패터닝으로 D램 미세화 로드맵을 연장하고, 공정 단순화와 생산성 제고를 동시에 실현할 수 있을 것이란 관측에서다.

삼성전자는 ASML과 함께 쌓아 온 성공적인 협력 성과를 바탕으로, 첨단 AI 반도체 생산에 요구되는 성능과 효율을 한 단계 끌어올릴 기술 개발과 도입을 더욱 앞당긴다는 포부다.

전영현 삼성전자 대표이사 부회장은 “AI 시대의 도래는 반도체 산업 패러다임을 바꾸고 있고, 밸류체인(가치사슬) 전반에서 기술 혁신의 중요성을 더욱 높이고 있다”며 “삼성전자는 혁신 기술과 강한 파트너십을 바탕으로 파운드리와 메모리를 포함한 첨단 반도체 제조 리더십을 이어가고, ASML과의 협력을 한층 강화함으로써 ‘차세대(Next) AI’를 위한 기술 기반을 마련해 나가겠다”고 강조했다.

SK하이닉스뿐만 아니라 삼성전자까지 첨단 D램 공정에 High NA EUV를 도입하는 데 박차를 가하면서, 글로벌 메모리 시장 1·2위 간 AI 메모리 패권 다툼은 한층 격화하는 모습이다.

업계에선 삼성·SK 중 과연 누가 High NA EUV 공정 기반 최첨단 AI 메모리 경쟁에서 승기를 잡을지 귀추를 주목하고 있다.

[CEO스코어데일리 / 오창영 기자 / dongl@ceoscore.co.kr]