적과의 동침 택한 반도체 3사, 12인치 마스크로 판 바꾼다

삼성전자와 TSMC, 인텔이 ASML과 손잡고 차세대 High-NA(고개구수) 극자외선(EUV) 공정에 쓰일 6×12인치 대형 포토마스크 전환을 공식 추진한다.

탐스하드웨어는 2026년 9월 10일(현지시각) 글로벌 3대 파운드리와 ASML이 미국 몬터레이에서 열린 'SPIE BACUS 2026' 콘퍼런스를 통해 기존 6×6인치 정사각형 마스크를 직사각형으로 확장하는 표준 규격 수립에 합의했다고 보도했다. 거대 칩을 쪼개서 찍는 스티칭 공정 부담을 줄이려는 조치로, 삼성전자의 1.4나노미터(nm) 이하 첨단 파운드리 양산 경제성과 직결되는 구조 변화다.


High-NA EUV는 렌즈 개구수를 기존 0.33에서 0.55로 끌어올려 초미세 회로를 인쇄한다. 단일 노광 기준 해상도는 기존 약 13나노미터에서 약 8나노미터 수준으로 정밀해진다. 회로를 여러 번 나눠 찍던 복잡한 멀티패터닝을 줄여 공정 단계와 패턴 정렬 오차를 낮출 수 있다.
그러나 렌즈 성능을 높이는 과정에서 노광 영역이 절반으로 줄어드는 물리적 제약이 발생했다. 빛의 왜곡을 방지하기 위해 가로와 세로 축소 배율이 다른 아나모픽 렌즈를 채택하면서 노광 필드가 축소됐다. 인공지능(AI) 가속기처럼 면적이 넓은 고성능 칩을 제작할 때 회로를 여러 구역으로 나눠 찍은 뒤 이어 붙이는 스티칭 공정이 불가피해졌다.

스티칭 공정은 처리 속도를 떨어뜨리고 접합부 결함 위험을 높인다. 업계 기술 분석에 따르면 포토마스크를 스캔 방향으로 두 배 늘린 6×12인치 규격을 도입할 경우, 기존 저NA EUV 수준인 약 26×33밀리미터의 전체 노광 필드를 단일 노광으로 복원할 수 있다. 한 번에 넓은 면적을 인쇄해 생산 손실을 줄이고 수율을 끌어올리는 방식이다.


직접 경쟁하는 반도체 제조사들이 손을 잡은 것은 개별 기업이 감당하기 어려운 막대한 설비 전환 비용 때문이다. 2010년대 초 글로벌파운드리와 IBM, 인텔, 삼성전자, TSMC가 추진했던 450밀리미터 웨이퍼 전환 프로젝트는 투자금 부담 때문에 중단된 바 있다.

반면 이후 기존 EUV 도입 과정에서는 3사가 ASML과 협력해 생태계를 성공적으로 안착시켰다. 이번 12인치 마스크 규격화는 그 뒤를 잇는 세 번째 대규모 동맹이다.

전환 로드맵은 단계적으로 진행된다. ASML 공식 로드맵에 따르면 참여 기업들은 2031년까지 6×12인치 파일럿 라인을 구축하고 2033년 리소그래피 시스템 양산 적용을 추진한다.
새 규격이 실제 대량 양산 팹에 안착하기까지는 7년 이상의 시간이 필요한 장기 과제다. 2033년 양산 전까지는 기존 스티칭 공정의 수율을 안정화하면서 차세대 표준 장비 도입을 준비하는 경로를 밟는다.


이번 표준 규격 제정은 1나노급 공정 진입을 준비하는 삼성전자 파운드리 사업부에 중대한 전환점이다. 고비용 멀티패터닝 의존도를 낮춰 향후 1.4나노 공정 수율 경쟁에서 제조 시간과 원가를 절감할 수 있는 기술적 전기를 마련했다는 분석이다. 대형 AI 가속기 칩 수주전에서 다이 설계 유연성을 확보하고 생산 원가를 방어할 수 있는 기반이 된다.

한국 반도체 소재·부품·장비 가치사슬 전반에도 연쇄적 변화가 뒤따른다. 마스크 면적이 두 배로 넓어지면 블랭크마스크부터 결함 검사 장비, 마스크 오염을 막는 펠리클(Pellicle), 팹 내 자동 운반 시스템(OHT)까지 전면적인 설계 변경이 요구된다.

에스앤에스텍과 에프에스티 등 부품사는 2031년 파일럿 가동 일정에 맞춰 대면적 신소재 개발과 열변형 억제 기술을 확보해야 하는 과제를 안게 됐다.

장비 도입 비용 상승은 주요 리스크 요인이다. 대형 마스크를 다루기 위해 노광 장비 내부의 마스크 스테이지와 광학계가 전면 재설계되면 대당 수천억 원에 달하는 장비 가격이 추가로 상승할 수 있다. 과도한 설비투자 비용이 웨이퍼 단가 상승으로 전가될 경우 파운드리 수익성이 압박을 받을 수 있어 비용 절감 여부가 핵심 변수로 꼽힌다.

새로운 마스크 표준이 대형 인공지능 반도체의 원가 구조를 실질적으로 개선할 수 있을지는 2031년 파일럿 라인의 결함 제어 검증 결과가 분수령이 될 전망이다. 글로벌 팹 연합이 제시한 공통 규격이 장비 제조사와 소부장 공급망 전반에 안착할 수 있을지가 향후 첨단 파운드리 주도권을 좌우할 핵심 변수가 될 전망이다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com