2023년 말에 네덜란드의 광각기 선두인 아스맥이 첫 고공경 극자외선 광각기를 인도한 것은 전 세계 반도체 업계가 2nm를 향해 중요한 발걸음을 내디뎠음을 의미한다.
(출처: X)
인텔이 2024년 2nm 공정 양산에 들어가겠다고 맹세함에 따라 투자시장도 반도체 업계에 관심을 기울일 기회에 긴장하고 있다.모건스탠리는 최근 내놓은 2024년 테마투자 보고서에서도 인텔, 중웨이사를'세계 24대 상승주 명단'에 올렸다.
그러나 시장이 한 광각기 생산업체, 칩 생산업체에 초점을 맞추고 있을 때, 여러 재료와 화학공업 제조업체가 튀어나와 투자자들에게 2nm 시대에 우리의 역할은 더욱 중요해질 것이라고 일깨워 주기 시작했다!
이 말을 어떻게 합니까?
최근 발표된 인터뷰에서 미국 주식 상장회사 엔테그리스 (Entegris) 의 최고기술책임자 제임스 오닐은 현재 선진 생산공정을 실현하는 과정에서 무대의 중심을 차지하는 것은 더 이상 칩을 만드는 기계가 아니라 선진 재료와 청정 솔루션이라고 언급했다.
오닐은"30년 전에는 모든 것이 포토레지스트가 트랜지스터를 작게 (성능 향상) 한 것과 관련이 있었는데, 오늘날에는 재료 혁신이 성능 향상의 주요 구동력이라고 주장하는 것이 견고한 주장이 될 것"이라고 말했다."
독일 머크그룹 (Merck) 의 전자사업 최고경영자 Kai Beckmann은 그렇게 직설적이지는 않지만 이런 견해도 인정했다.Beckmann은 현재 전자 업계가 지난 20 년 동안 도구에 의존하여 기술을 추진하는 시대에서 소위"소재 시대"의 다음 10 년으로 전환하고 있다고 밝혔다.
2025년 대규모 양산이 예상되는 2nm 칩의 경우 칩 설계 자체가 더욱 복잡해지고 있다.인간이 22nm 노드를 돌파했을 때 전통적인 평면형 트랜지스터는 지느러미 구조 (FinFET) 로 대체되기 시작했고, 3nm 노드에 이르러 전체 서라운드 그리드 트랜지스터 (Gate-All-Around FET) 가 업계의 선호 방안으로 떠올랐다.도식도에서도 볼 수 있듯이 현재 칩 안의 트랜지스터는 더욱 복잡한 방식으로 쌓여 있다.
(세 가지 구조 설명도, 출처: 삼성)
메모리 반도체 한 조각은 삼성, SK하이닉스, 마이크론 등이 3D 낸드 분야에서 경쟁하고 있다는 것을 더 쉽게 설명할 수 있다. 누구보다 칩이 더 많이 겹쳐져 있다.현재 이 세 회사가 생산하는 칩 층수는 230층까지 겹쳐 1~2년 안에 300층을 돌파하기 위해 노력하고 있다.계층 수가 더 많으면 스토리지 용량도 늘어납니다.이와 함께 업계에서는 3D 플래시 메모리 칩의 발전도 적극적으로 모색하고 있다.
이 두 분야에서 진일보한 발전을 이룩하려면 더욱 복잡한 광각기가 필요할뿐만아니라 새로운 첨단재료도 수요된다.
오닐은 3D 트랜지스터에 적용된 화학품을"헬리콥터에 앉아 뉴욕시에 페인트를 칠하는 것"에 비유했다. 건물 꼭대기, 측면, 수평 거리에 뿌려지는 재료의 속성을 통제할 수 있어야 하고, 일이 끝난 후에는 거리를 청소할 수 있는 능력도 있어야 한다.GAA와 같은 새로운 트랜지스터 구조의 경우에도 상단, 하단, 측면을 균일하게 커버할 수 있는 새로운 혁신 소재를 개발해야 한다.현재 재료 업계는 원자 척도에서 이를 실현할 방법을 찾고 있다.
화학품이 더욱 중요해지는 또 다른 이유는 생산의 양률에 기초하기 때문인데, 이는 칩 회사의 비즈니스 경쟁력에 매우 중요하다.오닐은 고순도 화학품이 하자 없는 생산을 확보하고 결함을 최소화하는 데 중요하다고 말했다.
Beckmann도 또 다른 예를 들었습니다. 현재 칩 제조 과정에서 구리는 전도성 층으로 널리 사용되고 있지만 더 작고 진보된 칩을 만들기 위해 업계는 몰리브덴과 같은 새로운 재료를 모색하고 있습니다.
물론 혁신이라는 두 글자는 일반적으로 싸다는 것과 관계가 없다.현재 업계의 예상에 따르면 단일 2나노 웨이퍼의 비용은 현재 최첨단 아이폰15 프로 프로세서(3nm)보다 50% 높은 3만 달러에 달할 수 있다.현재의 AI 업계와 유사하게 강자가 강해질수록 여전히 이 업계의 기조일 가능성이 높다.
잉터거의 CEO 버트란 로이는 고도의 자본 집약적 인 산업이라고 요약했다.그는 같은 추세가 지속될 것으로 예상한다. 규모가 큰 회사는 더 강해질 것이며, 이것이 그들의 경쟁 우위의 원천이 될 것이기 때문에 계속 투자하기를 원한다.