읽기 전에 먼저 풀어 보세요
먼저 한 문제
반도체 뉴스에 나오는 7나노 공정, 3나노 공정이라는 말에서 나노 숫자가 원래 가리키는 것은 무엇일까요?
알아야 할 배경
반도체 뉴스에 늘 따라붙는 몇 나노 공정1이라는 말에서 나노는 길이 단위입니다. 1나노미터는 10억분의 1미터이고, 나노 공정이라는 말은 웨이퍼(둥근 실리콘 판) 위에 새긴 회로의 선폭, 곧 선의 굵기를 가리킵니다. 칩 크기가 아닙니다. 선을 가늘게 그릴수록 같은 넓이에 트랜지스터(전류를 켜고 끄는 가장 작은 부품)를 더 많이 넣을 수 있고, 그만큼 전력 효율이 좋아지고 열도 줄어듭니다.
다만 이 숫자를 자로 잰 치수처럼 읽으면 곤란합니다. 같은 나노 공정으로 만들었다는 칩끼리도 트랜지스터 수가 다른 경우가 있어서, 나노 이름이 마케팅 용어에 가깝다는 비판이 나옵니다. 인텔은 아예 나노 대신 인텔 7, 인텔 3, 옹스트롬 단위를 쓴 인텔 20A 같은 이름으로 바꿨습니다. 그래서 3나노 같은 숫자는 실제 길이라기보다 공정 세대를 부르는 이름으로 받아들이는 편이 안전합니다.
이 가는 선을 실제로 그리는 단계가 포토 공정2입니다. 삼성반도체 뉴스룸은 반도체 만드는 과정을 8대 공정으로 나눠 설명하는데, 웨이퍼 표면에 산화막을 입히는 산화 공정 뒤에 오는 것이 포토 공정입니다. 포토 리소그래피를 줄인 말이고, 빛으로 그림을 옮긴다는 뜻에서 필름 카메라로 사진을 찍고 현상하는 과정에 자주 빗댑니다. 순서는 이렇습니다.
- 마스크3 만들기: 설계한 회로 패턴을 석영 유리판에 옮겨 마스크를 만듭니다. 사진의 네거티브 필름 역할입니다. 마스크는 웨이퍼보다 크게 만들어 축소해서 찍는데, 그래야 마스크에 앉은 먼지도 함께 작아져 오작동을 막을 수 있습니다.
- 감광액4 도포: 빛에 반응하는 감광액(포토레지스트)을 웨이퍼에 얇고 고르게 바릅니다. 빛에 반응하는 방식에 따라 양성과 음성으로 나뉩니다.
- 노광5: 노광 장비가 마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼 위에 회로를 옮깁니다. 반도체에서 노광은 빛을 골라서 쏘는 과정을 뜻합니다.
- 현상: 현상액을 뿌려 빛을 받은 곳이나 받지 않은 곳을 걷어 내면 패턴 모양이 정해집니다. 검사를 통과한 웨이퍼만 다음 공정으로 갑니다.
이렇게 정해진 패턴이 다음 공정의 바탕이 됩니다. 결국 선을 얼마나 가늘게 그릴 수 있느냐는 노광에 쓰는 빛에 달려 있습니다.
- 1나노 공정 웨이퍼에 새긴 회로 선의 굵기를 나노미터 단위로 부르는 말입니다. 지금은 공정 세대를 가리키는 이름에 가깝습니다.
- 2포토 공정 빛으로 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼에 옮겨 회로 밑그림을 그리는 공정입니다. 감광액 도포, 노광, 현상 순서로 진행합니다.
- 3마스크 설계한 회로 패턴을 석영 유리판에 옮긴 원판으로, 사진의 네거티브 필름 같은 역할을 합니다.
- 4감광액 빛을 받으면 녹거나 굳는 식으로 성질이 바뀌는 액체로, 포토레지스트라고도 합니다. 웨이퍼에 얇게 발라 빛을 받은 곳과 안 받은 곳을 가릅니다.
- 5노광 노광 장비가 마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼 위에 회로를 옮기는 단계로, 빛을 골라서 쏘는 과정입니다.
요즘 왜 다시 중요할까
선을 더 가늘게 그리려면 더 가는 붓, 곧 파장이 짧은 빛이 필요합니다. 오랫동안 쓰인 불화아르곤(ArF) 광원은 파장이 193나노미터입니다. SK하이닉스 뉴스룸 칼럼에 따르면 회로가 10나노대로 내려오면서 이 빛으로는 한계가 왔고, 한 층을 여러 번 나눠 찍는 멀티 패터닝으로 버텼지만 공정이 늘고 생산성이 떨어져 원가가 올라갔습니다. 공정 수가 500~600개에 이르렀다는 설명입니다.
그 돌파구가 극자외선(EUV)6 노광입니다. EUV는 파장이 13.5나노미터로 ArF보다 훨씬 짧아 더 미세한 회로를 그릴 수 있고, 여러 번 찍던 단계를 줄여 생산성을 높입니다. 다만 EUV 빛은 기체를 포함한 대부분의 물질에 흡수되는 성질이 있어 마스크, 감광액, 광학계까지 새로 개발해야 했습니다.
이 장비를 만드는 회사가 네덜란드의 ASML 한 곳뿐이라는 점이 핵심입니다. EUV 장비는 ASML이 독점 생산하고, 2019년 칼럼 기준으로 한 대 값이 1,000억~1,500억 원에 이릅니다. 삼성전자와 TSMC 같은 큰 고객도 장비를 받으려면 기다려야 할 정도라서, ASML을 이른바 슈퍼 을이라고 부릅니다.
한국 반도체 산업과의 관계는 숫자로 드러납니다. SK하이닉스는 2021년 7월 10나노급 4세대 D램을 처음으로 EUV 공정으로 양산하기 시작했고, 웨이퍼 한 장에서 나오는 D램 수가 이전 세대보다 약 25% 늘었다고 밝혔습니다. 삼성전자는 같은 해 10월 5개 층에 EUV를 적용한 14나노 D램 양산에 들어갔고, 생산성이 이전 세대보다 약 20% 높아졌다고 설명했습니다. ASML이 분기 실적을 발표하며 밝힌 바로는 노광 장비 매출 가운데 한국 비중이 직전 분기 22%에서 45%로 커졌고, SK하이닉스는 11조9,496억 원 규모의 EUV 장비를 들여오겠다고 공시했습니다. 공정이 미세해질수록 생산 비용이 오르고 수율(정상 제품 비율) 관리가 어려워지기 때문에, 미세화 경쟁은 곧 노광 장비를 얼마나 확보하고 얼마나 잘 쓰느냐의 경쟁이기도 합니다.
- 6극자외선(EUV) 파장이 13.5나노미터로 아주 짧은 빛입니다. 이 빛을 쓰는 노광 장비는 더 가는 회로를 한 번에 그릴 수 있고, ASML이 독점 생산합니다.
면접에서 이렇게 써먹기
반도체 회사나 장비·소재 회사 면접에서 미세 공정 이야기가 나오면, 숫자를 외우기보다 숫자의 뜻과 그 숫자를 만드는 장비를 함께 말하는 쪽이 낫습니다.
- 숫자: 나노 공정은 회로 선폭을 뜻하지만 지금은 세대를 부르는 이름에 가깝고, 같은 숫자라도 트랜지스터 수가 다를 수 있어 숫자만으로 바로 비교하기 어렵다는 점을 짚습니다.
- 공정: 포토 공정은 감광액 도포, 노광, 현상 순서로 웨이퍼에 회로 밑그림을 그리는 단계이고, 노광 장비가 쓰는 빛의 파장이 선의 굵기를 정한다고 설명합니다.
- 장비: ArF(193나노미터)에서 EUV(13.5나노미터)로 넘어오면서 여러 번 찍던 공정을 줄였고, 이 장비는 ASML만 만들기 때문에 장비 확보 자체가 경쟁력이 된다는 흐름으로 잇습니다.
지원 직무가 공정이 아니어도 쓸 수 있습니다. 소재 직무라면 감광액과 마스크, 장비 직무라면 노광기와 검사 장비, 경영 직무라면 장비 투자와 수율이 원가를 좌우한다는 점으로 연결됩니다. 다만 어느 회사가 몇 나노에서 앞선다는 식의 순위 단정은 피하는 것이 좋습니다.
면접에서 왜 중요한가
반도체 기사마다 나오는 나노 숫자와 EUV 장비 이야기를 뜻 그대로 설명할 수 있어야 반도체·장비·소재 직무 면접에서 기본기가 드러나고, 숫자를 길이로 오해하면 답 전체가 흔들리기 때문입니다.
세 문제로 확인하기
복습 1 / 3
포토 공정의 순서로 옳은 것은 무엇일까요?
복습 2 / 3
EUV 노광이 기존 ArF 노광보다 더 가는 회로를 그릴 수 있는 이유는 무엇일까요?
복습 3 / 3
마스크를 웨이퍼보다 크게 만들어 축소해서 찍는 이유는 무엇일까요?
출처 6개 보기
이 회차는 AI가 출처를 바탕으로 초안을 쓰고 운영자가 확인해 발행했습니다. 기사 문장을 옮기지 않고 사실만 새로 썼습니다.