EUV 파장 13.5nm로 한계 극복, SK하이닉스 초미세 회로 구현 가속

반도체 칩 위에 미세한 회로를 그려내는 포토(Photo) 공정의 핵심은 빛을 다루는 기술에 있다. 최근 AI 시대가 열리며 거대한 데이터를 신속하게 처리해야 하는 요구가 커지자, 하나의 칩에 더 많은 소자와 메모리 셀을 집어넣는 '미세화 경쟁'이 반도체 업계의 화두로 떠올랐다.

SK하이닉스가 전한 기술 콘텐츠 '인비저블스(Invisibles)'에 따르면, 포토 공정은 실리콘 웨이퍼 위에 빛에 반응하는 감광액(PR)을 바르는 것에서 시작된다. 설계도가 그려진 포토마스크의 미세한 패턴을 통과한 빛은 렌즈를 거쳐 웨이퍼 위에 축소된 이미지를 형성한다. 이때 빛을 받은 영역이 제거되느냐(포지티브 PR), 남느냐(네거티브 PR)에 따라 정교한 명암 패턴이 만들어진다.

회절 현상이 만드는 기술적 장벽, 파장 짧은 EUV가 해법

패턴이 촘촘해질수록 기술적 난도는 급격히 높아진다. 패턴이 미세해질수록 빛이 좁은 틈을 지나며 여러 방향으로 휘어지는 '회절 현상'이 심화되기 때문이다. 회절된 빛들이 서로 겹치면서 인접한 패턴의 경계가 흐려지거나, 일부 빛이 렌즈 범위를 벗어나 웨이퍼에 전달되는 패턴 정보가 줄어드는 문제가 발생한다. 결과적으로 회로가 뭉개지거나 제대로 형성되지 않는 한계에 부딪히는 것이다.

이러한 물리적 한계를 극복하기 위해 도입된 것이 극자외선(EUV) 공정이다. 노광 공정의 해상도(가까운 두 점을 구분할 수 있는 최소 거리)는 빛의 파장이 짧을수록 높아진다. 기존 ArF(불화아르곤) 공정보다 파장이 약 14배나 짧은 13.5nm 파장의 EUV를 사용하면, 더 정밀한 회로를 한 번에 구현할 수 있다. 이는 패턴을 두 번 나누어 노출해야 했던 기존의 복잡한 '멀티 패터닝(Multi Patterning)' 의존도를 낮추는 효과도 있다.

D램부터 LPDDR6까지, SK하이닉스의 초미세 공정 최적화

SK하이닉스는 EUV 공정 최적화를 통해 메모리 미세화의 한계를 돌파해 왔다. 2021년 D램 공정에 EUV를 처음 도입한 이후, 2024년 세계 최초로 개발한 10나노급 6세대 DDR5를 선보였다. 이어 올해는 세계 최초로 인증을 마친 10나노급 LPDDR6에 이르기까지 차세대 메모리 제품군에 초미세 패턴 기술을 적용하고 있다.

업계의 시선은 이제 더 높은 해상도를 구현할 수 있는 'High NA(고개구수) EUV'로 향하고 있다. 빛을 더 정밀하게 모을 수 있는 High NA EUV 기술은 수 나노미터(nm) 단위의 초미세 공정을 가능케 하는 핵심 동력이다. SK하이닉스는 이러한 광학 기술의 진보를 바탕으로 더 많은 데이터를 저장하고 처리할 수 있는 고집적 메모리 구현에 집중하고 있다.

출처: SK하이닉스 [SK hynix] 유튜브 「[인비저블스] Photo공정: 빛으로 회로를 그리다」