High-NA EUV 리소그래피의 한계와 멀티패터닝의 귀환
반도체 제조 공정의 핵심은 얼마나 더 미세한 패턴을 안정적으로 구현할 수 있는가입니다.
지난 10년간 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피는 7nm 이하 공정을 가능하게 하며 혁신의 상징이었습니다. 최근에는 High-NA EUV(개구수 0.55) 장비가 차세대 해상도 돌파구로 기대를 모으고 있습니다. 그러나 Semiwiki 분석에 따르면, 이 장비조차 스토캐스틱(stochastic) 결함을 완전히 피할 수 없어, 결국 **멀티패터닝(multipatterning)**을 병행해야 한다는 주장이 제기되었습니다.
이 소식은 단순히 기술적 이슈를 넘어, 과거 화웨이가 장비 제한 속에서 멀티패터닝을 강행했던 사례와 오늘날 글로벌 선두 업체가 멀티패터닝을 다시 채택해야 하는 상황을 대비시켜 줍니다.
High-NA EUV는 이론적으로 2nm 이하 패턴을 단일 노광으로 구현할 수 있지만, 현실적으로는 광자의 확률적 거동으로 인한 결함이 발목을 잡고 있습니다. 이 때문에 **“멀티패터닝은 끝났다”**는 과거의 전망과 달리, 첨단 공정 시대에도 멀티패터닝이 새로운 표준으로 자리잡을 가능성이 제기되고 있습니다. 특히, 과거 화웨이 사례와 현재 글로벌 파운드리들의 선택은 그 맥락이 확연히 다릅니다.
생활·업무 변화 요약
- 소비자: 반도체 제조비 상승은 장기적으로 스마트폰·PC·클라우드 서비스 가격 인상 요인으로 작용할 수 있습니다.
- 기업: 파운드리는 수율 보장을 위해 멀티패터닝을 병행해야 하며, 장비·소재 업체와 협력 강화가 필요합니다.
- 정책: 중국의 경우 여전히 High-NA EUV 장비 접근이 불가능해, 구형 장비 멀티패터닝 의존도가 커질 수밖에 없습니다.
쉽게 알아보는 IT 용어
- EUV 리소그래피: 13.5nm 파장을 사용하는 노광 기술. ArF(193nm)보다 훨씬 정밀합니다.
- High-NA: NA(개구수)가 0.55로 기존 EUV 장비(0.33)보다 해상도가 뛰어나지만, 공정 난이도도 증가합니다.
- 스토캐스틱 결함: 포토레지스트 반응의 확률적 요인으로 인한 미세 결함. 치명적 불량을 유발할 수 있습니다.
- 멀티패터닝: 동일 영역을 2~4회 노광해 미세 패턴을 형성하는 방법. 비용·시간 증가가 단점입니다.
핵심 포인트
[1] 화웨이의 멀티패터닝 (과거)
- 배경: 미국의 반도체 장비 수출 제한으로, 화웨이는 ASML의 EUV 장비를 확보하지 못했습니다.
- 방법: 대신 구형 ArF Immersion(193nm DUV) 장비에 **Quadruple Patterning(4중 패터닝)**을 적용해 7nm급 칩 생산에 도전.
- 결과: 기술적으로 달성했으나, 비용 급증·생산성 저하·수율 악화라는 한계가 분명했습니다.
→ 즉, 차선책으로서의 멀티패터닝이었습니다.
[2] High-NA EUV 시대의 멀티패터닝 (현재)
- 배경: ASML이 공급하는 High-NA EUV 장비는 최첨단 로직·메모리 공정에 도입되고 있습니다.
- 문제: 스토캐스틱 결함 때문에 단일 노광만으로는 안정적 수율 확보가 어렵습니다.
- 방법: 일부 핵심 레이어에서 멀티패터닝 병행 → 결함 줄이고 수율 확보.
→ 즉, 보완책으로서의 멀티패터닝입니다.
정리: 과거 화웨이의 멀티패터닝은 “장비 부재의 강제 선택”, 현재 글로벌 파운드리의 멀티패터닝은 “첨단 장비의 한계를 보완하는 선택”이라는 차이가 있습니다.
[3] High-NA EUV 장비 공급사와 사용사
- 공급사: 현재 High-NA EUV 장비는 네덜란드 ASML이 독점 공급.
- 사용사:
- 인텔(Intel): 최초로 High-NA EUV 장비를 도입해 18A(1.8nm) 이후 공정에 활용 예정.
- TSMC: 2nm 이하 노드 적용 검토 중.
- 삼성전자: 로직과 메모리 공정 모두 적용을 준비, 연구 라인에 반입된 것으로 알려짐.
[4] 중국의 현황
- 현실: 미국·네덜란드·일본의 대중 반도체 장비 수출 규제에 따라, 중국은 EUV 장비를 전혀 도입할 수 없습니다.
- High-NA EUV도 동일: 첨단 EUV뿐만 아니라 High-NA EUV 역시 수출 불가 품목으로 지정됨.
- 대안: 중국 파운드리는 여전히 DUV 멀티패터닝 방식에 의존해야 하며, 이로 인한 원가·수율 부담이 지속됩니다.
[5] 산업계 파급 효과
- ASML: High-NA EUV 장비는 대당 3억 유로 이상으로 알려져 있으며, 향후 10년간 글로벌 파운드리의 핵심 투자 품목이 될 전망.
- 파운드리: 멀티패터닝을 일부 병행하면서 원가·공정 최적화를 동시에 달성해야 하는 이중 과제에 직면.
- 한국: 삼성전자·SK하이닉스는 EUV 활용 노하우를 바탕으로 멀티패터닝 최적화 역량까지 확보해야, 글로벌 경쟁력 유지 가능.
Mini Q&A
Q1. 화웨이 멀티패터닝과 현재 상황이 어떻게 다른가요?
→ 화웨이는 장비 제한 때문에 강제로 멀티패터닝을 선택했지만, 현재 글로벌 파운드리는 첨단 장비 보유에도 불구하고 수율 안정화를 위해 보완적으로 사용합니다.
Q2. 멀티패터닝은 결국 비용이 늘지 않나요?
→ 맞습니다. 하지만 결함률로 인한 칩 불량 비용을 줄이는 것이 더 중요하기 때문에, 총비용 측면에선 여전히 이득입니다.
Q3. High-NA EUV 장비는 누가 만드나요?
→ 네덜란드 ASML이 독점 생산·공급합니다.
Q4. 현재 어느 회사가 쓰고 있나요?
→ 인텔이 가장 먼저 도입했고, TSMC·삼성도 적용 준비 중입니다.
Q5. 중국은 이 장비를 쓸 수 있나요?
→ 아니요. 미국·네덜란드 규제로 EUV/High-NA EUV 모두 공급이 차단된 상태입니다.
“멀티패터닝은 과거에는 차선책이었지만, 지금은 첨단 기술을 뒷받침하는 필수 안전장치가 되고 있습니다.”
결론
멀티패터닝은 과거 화웨이가 장비 제한 속에서 어쩔 수 없이 선택한 방법이었고, 현재는 글로벌 파운드리들이 첨단 장비조차 가진 한계를 보완하기 위해 선택하는 방법이 되었습니다. ASML이 독점 공급하는 High-NA EUV 장비를 인텔, TSMC, 삼성 등이 도입하면서 2nm 이하 공정 경쟁이 본격화되고 있지만, 스토캐스틱 결함 문제는 여전히 풀리지 않은 숙제입니다. 중국은 EUV/High-NA EUV 접근이 막혀 있어 멀티패터닝 의존도가 커지며 원가 경쟁력에서 불리한 상황이 지속될 것입니다. 결국, 멀티패터닝의 귀환은 반도체 산업 전반의 비용 구조와 글로벌 경쟁 구도를 다시 흔드는 요인이 될 것입니다.
3분 정리
- 과거 화웨이: EUV 장비 제한 → 구형 DUV 멀티패터닝 강행 (비효율적)
- 현재 글로벌 파운드리: High-NA EUV 보완책으로 멀티패터닝 재도입 (필수적)
- 공급사: ASML 독점 생산
- 사용사: 인텔(선도), TSMC·삼성(적용 준비)
- 중국: EUV/High-NA EUV 장비 수출 제한으로 접근 불가, DUV 멀티패터닝 의존
출처
- Semiwiki — Via Multipatterning Regardless of Wavelength as High-NA EUV Lithography Becomes Too Stochastic (2025-09-27 확인)
- ASML 공식 자료 — EUV/High-NA EUV 장비 공급 현황
- 업계 보도 — 인텔·TSMC·삼성의 High-NA EUV 도입 계획