TSMC, 차세대 리소그래피 시스템 전환 불가

Written By 아이폰시리즈

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ASML, 첨단 극자외선 리소그래피 기계 공급

네덜란드의 기술 거대 기업 ASML이 지난 12월 인텔에게 첫 번째 High-NA Extreme Ultraviolet(EUV) 리소그래피 기계(EXE:5000)를 출하했습니다. 이 4억 달러 규모의 기계는 2nm 이하의 공정 노드를 갖춘 차세대 칩 생산으로 우리를 이끌 것입니다. ASML이 제작한 기존의 EUV 기계들은 10nm 이하의 칩 부품 제조를 가능하게 했습니다. 공정 노드가 낮을수록 더 작은 트랜지스터를 칩 안에 더 많이 배치할 수 있고, 이는 더욱 강력하거나 에너지 효율적인 칩을 의미합니다.

EUV 기계가 중요한 이유

EUV 기계의 중요성은 인간의 머리카락보다 더 가는 실리콘 웨이퍼에 회로 패턴을 인쇄할 수 있다는 데에 있습니다. 이것은 수십억 개의 트랜지스터를 내장한 칩을 구축할 때 필수적입니다. 예를 들어, 2019년 아이폰 11 시리즈에 사용된 7nm A13 바이오닉 SoC는 85억 개의 트랜지스터를 포함하고 있으며, 3nm A17 프로는 아이폰 15 프로와 아이폰 15 프로 맥스를 작동시키는데, 여기엔 무려 190억 개의 트랜지스터가 탑재되었습니다.

EXE:5000의 해상력 개선

EXE:5000의 8nm 해상력은 칩 제조사들이 한 칩 안에 더 많은 트랜지스터를 집어넣을 수 있게 해, 작은 트랜지스터가 더 에너지 효율적이 되어 적은 것으로도 더 많은 일을 할 수 있게 됩니다. 새로운 High-NA EUV 기계는 0.55 NA 렌즈를 사용해 기존 기계의 13nm(.33 NA) 해상력에 비해 8nm 해상력을 구현합니다. 이는 새 기계가 하나의 노출로 더 작은 트랜지스터를 1.7배, 트랜지스터 밀도를 2.9배 더 높일 수 있음을 의미합니다. 결과적으로 더 강력하거나 에너지 효율적인 칩이 제조될 수 있습니다.

웨이퍼 인쇄 속도 상승

또한, 새 기계들은 시간당 185개의 웨이퍼를 인쇄할 수 있으며, 이는 2025년까지 220개로 증가할 예정입니다. 반면 현재 EUV 기계는 시간당 160개의 웨이퍼를 인쇄합니다. 현재 Low-NA EUV 기계는 같은 해상력을 생산할 수 있지만 더블 패터닝을 사용하여 두 번의 노출이 필요합니다. 그러나 더블 패터닝에는 생산 시간의 길어짐, 결함이 발생할 위험 증가 등의 위험이 있으며, 제조된 칩 간의 성능 변동성을 증가시킬 수도 있습니다.

TSMC와 삼성, 고급 기술 투자 필요성 대두

ASML은 이러한 문제들을 피하기 위해 새로운 기계를 사용하도록 권장하고 있습니다. 그러나 중국의 금융기관인 'China Renaissance'에 따르면 TSMC는 아직 High-NA EUV로 전환할 준비가 되어있지 않습니다. 새로운 기계는 현재 기계와 달리 수평 방향의 광원을 사용하기 때문에 공장을 특정한 방식으로 건설해야 하고, 이는 까다롭고 복잡한 과제가 될 수 있습니다. 결국 TSMC, 삼성 파운드리 등의 기업은 인텔과 마찬가지로 High-NA EUV로의 이동을 위한 투자를 해야 할 것입니다. TSMC와 삼성은 2025년에 2nm 생산을 시작해 2027년에는 1.4nm 생산으로 이동할 계획을 세우고 있습니다.

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