삼성전자가 7나노 극자외선(EUV) 공정 위험생산(Risk production)에 돌입했다. 서버용 제품을 중심으로 메모리 기술도 업그레이드했다.

▲17일(현지 시각) ‘삼성 테크 데이 2018’에서 최주선 삼성전자 미주 지역총괄 부사장이 개회사를 하고 있다./삼성전자

삼성전자(대표 김기남·김현석·고동진)는 17일(현지 시각) 미국 실리콘밸리 소재 삼성전자 미주법인(DSA)에서 ‘삼성 테크 데이(Samsung Tech Day) 2018’을 개최하고 차세대 반도체 솔루션을 소개했다.

7LPP 공정 위험생산 개시… 내년 양산 차질 無

삼성전자는 이날 행사에서 EUV 노광 기술을 적용한 7나노 공정(7LPP·Low Power Plus)을 개발 완료하고 시생산에 착수했다고 밝혔다.

위험생산은 새로운 공정을 양산(mass production)하기 전 공정을 미리 가동하면서 발견되는 문제점을 고치는 단계다. 위험생산이 끝나면 곧 양산 단계로 넘어가는데, 삼성전자는 내년 7LPP 공정을 양산으로 전환할 계획이다. TSMC에 이어 7나노로 양산을 시작하는 2번째 업체가 된 셈이다. TSMC는 EUV를 쓰지 않는다.

노광(Photolithography) 공정은 포토레지스트(PR)가 발린 웨이퍼 위에 회로가 새겨진 마스크를 두고 특정 광원을 마스크에 투과시켜 PR의 반응으로 웨이퍼에 회로를 그려넣는 공정을 뜻한다. 

회로 선폭이 줄어들고 공정이 미세화되면서 노광 공정을 수 차례 반복해 미세 패턴을 구현해왔지만 선폭이 10나노 이하로 줄어들면서 기존 불화아르곤(ArF) 광원으로는 한계에 부딪혔했다.

EUV는 이를 대체할 수 있는 광원으로, 파장 길이가 13.5나노로 ArF(193나노)의 14분의 1보다 적다. 그림을 그리는 붓이 가늘어진 셈이다. 때문에 세밀한 회로 패턴을 구현할 수 있고 복잡한 멀티 패터닝 공정도 줄일 수 있어 성능과 생산성을 동시에 확보할 수 있다.

▲삼성전자 EUV라인 조감도./삼성전자

삼성전자는 EUV 노광 기술을 확보하기 위해 2000년대부터 일찍이 기술 연구를 시작하고 장비 업체 등 협력사와 함께 기술 안전성 및 생산성 확보를 위해 노력했다.

EUV용 마스크의 결함 여부를 조기 진단할 수 있는 검사 장비를 자체 개발하고, EUV 노광기를 대량으로 수용할 수 있는 ‘EUV 생산 라인’을 화성캠퍼스에 구축 중이다. EUV 생산 라인은 내년 말 완공된다.

이렇게 개발된 7LPP 공정은 10나노 1세대(10LPE·Low Power Early) 공정보다 반도체 면적을 약 40% 줄일 수 있다. 성능과 전력 효율도 각각 약 20%, 50% 개선된다. 

또 EUV 노광 공정을 사용하지 않는 경우에 비해 총 마스크 수가 약 20% 줄어 설계 및 비용 부담을 줄일 수 있다.
 
삼성전자의 파운드리 협력사 생태계 'SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem)'도 7LPP 생산을 위한 준비를 마쳤다. 설계 및 검증 툴(EDA)부터 설계·공정자산(IP)을 구비했고 국내외 디자인하우스들도 삼성전자의 공정 및 생산 인프라를 최대한 활용할 수 있도록 할 계획이다.

배영창 삼성전자 파운드리 전략마케팅팀 부사장은 "삼성 파운드리는 EUV 적용 공정을 상용화해 반도체 제조 방식에 대한 근본적인 변화를 이끌었다”며 “7LPP는 모바일과 HPC 뿐만 아니라 데이터센터, 전장, 5G, AI 등 폭넓은 응용처에도 최선의 선택이 될 것”이라고 말했다.

삼성전자는 이달 18일 독일 뮌헨에서 파운드리 포럼을 개최하고 7나노 공정에 대한 자세한 소개를 포함, 첨단 공정 로드맵을 발표할 예정이다.

서버 시장 격차 벌린다… 메모리 기술 발전 집중

삼성전자 메모리사업부도 서버 시장을 중심으로 한 메모리 신기술들을 발표했다. 서버 시장 총 공략에 나선 다른 메모리 업체와의 격차를 더욱 벌리겠다는 전략이다.

먼저 초고성능·초고용량 서버용 D램 솔루션인 ‘256GB 3차원적층(3DS) RDIMM’를 세계 최초로 공개했다. 

3DS RDIMM은 3D 적층 기술을 활용, D램을 층층이 쌓고 실리콘관통전극(TSV) 기술로 연결해 고속으로 동작할 수 있게 만든 D램 모듈이다. 네트워크, 그래픽 등 데이터 처리량을 늘리기 위한 고대역폭메모리(HBM)와 달리 주기억장치용이다.

▲고대역폭메모리(HBM)과 3차원적층(3DS) 메모리의 차이. HBM은 대역폭이 더 넓어 대용량 데이터를 빠르게 처리해야하는 네트워크나 그래픽처리장치(GPU)에 유용하다./AMD

‘256GB 3DS RDIMM’에는 회사가 지난해 양산하기 시작한 10나노급 16Gb DDR4 D램을 내장, 기존 '128GB RDIMM' 대비 용량은 2배 커졌고 소비전력효율은 30% 개선됐다.

특히 실시간 분석(Real Time Analysis) 및 인메모리 데이터베이스(In Memory DataBase) 플랫폼 개발에 최적화됐다. 인메모리 데이터베이스는 중앙처리장치(CPU)의 정보를 처리하는 주기억장치에 대용량의 데이터를 저장, 처리 속도를 높이는 기술이다.

지난 8월 처음으로 출시한 일반 소비자용 4TB 쿼드러플레벨셀(QLC) 솔리드스테이트드라이브(SSD)에 이어 기업용 스토리지에 적합한 7.68TB QLC 서버 SSD도 공개했다.

QLC는 하나의 셀에 2진수 4자리 데이터(4비트)의 정보를 저장하는 기술로 이전 트리플레벨셀(TLC·1개 셀에 3비트 저장)보다 같은 반도체 크기에서 저장 용량을 약 33% 늘릴 수 있다.

개발 방향도 제시했다. 내년에는 ‘단층(1-Stack)’ 기술과 설계를 개선, 6세대 V낸드를 양산하고 TLC V낸드 역시 성능을 높일 계획이다. EUV 공정 기반 차세대 D램을 선행 개발, 프리미엄 D램 수요도 지속 확대할 예정이다. 평택 신공장의 생산량도 늘리겠다고 했다.

시장별로는 빅데이터에 특화된 KV(Key Value) SSD, 인공지능(AI) 및 기계학습(ML)용 ‘SmartSSD’, 고속 네트워크용 SSD와 스토리지를 결합한 ‘NVMeoF(NVME over Fabric) SSD’ 등 새로운 솔루션을 제공할 예정이다.

장성진 삼성전자 메모리 D램 개발실 부사장은 “작년 업계 최초로 개발한 2세대 10나노급(1y) D램 기술로 초격차 제품 경쟁력을 강화한 데 이어, 업계 최초 256GB RDIMM 등 차세대 프리미엄 제품군의 양산 체제를 업계에서 유일하게 구축했다”고 말했다.

한편 이날 행사는 'Samsung ＠ The Heart of Everything'이라는 주제로 열렸고, 글로벌 IT업체와 미디어, 애널리스트, 테크(Tech) 파워 블로거 등 500여 명이 참석했다.

기조연설은 다니엘 뉴먼(Daniel Newman) Futurum Research 수석 분석가 ‘산업의 변화(Transformation of our Industry)’를 주제로 맡았다. 스티브 워즈니악(Steve Wozniak) 애플 공동 창업자의 강연과 업계 주요 인사들이 참여하는 패널 토론도 진행됐다.