초고층 빌딩에 설치된 엘리베이터 승강기 통로를 떠올려 보자. 건물이 높아질수록 승강기 통로가 수직을 유지하고 정밀하게 측정되어야 하며, 모든 층에서 수평도 정확히 맞아야 한다. 구조물이 높아질수록 정렬이나 안정성의 미세한 오차는 빠르게 증폭되어 결국 높이가 문제 요인으로 작용될 수 있다.

첨단 반도체 제조도 비슷한 과제에 직면한다. 기존 2D 무어의 법칙에 따른 스케일링이 물리적 한계에 이르면서 AI 워크로드 확장에 필요한 트랜지스터와 메모리 셀은 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터와 고대역폭 메모리(HBM) DRAM처럼 수직으로 적층된 반도체 소자를 통해 확보하는 추세다. 이러한 수직 집적을 구현하려면 칩 제조사는 로직, 메모리, 배선을 연결하기 위해 여러 층을 관통하는 매우 깊고 좁은 3D 트렌치를 정밀하게 식각해야 한다.

3D 식각 정밀도의 새로운 기준 확립

고종횡비 구조는 깊이, 측벽, 바닥 형상의 아주 작은 변동도 스위칭 편차, 누설, 신뢰성 저하, 수율 손실로 이어질 수 있어 완벽한 형상 제어가 필수적이다. 미세화가 지속될수록 식각 정밀도는 더욱 결정적 요인이 된다. 기존 RF 기반 식각 제어의 한계를 극복하기 위해 어플라이드 머티어리얼즈는 2025년 Sym3 도체 식각 제품군의 최신 모델인 ‘Sym3™ Z'를 출시하며 혁신적인 펄스 전압 기술(PVT)을 처음으로 선보였다.

PVT는 RF의 밀리초(ms) 단위 펄스 대신 마이크로초(μs) 단위로 작동해 웨이퍼 표면에서 이온 형성과 충돌을 훨씬 정밀하게 제어한다. 종횡비가 높아질수록 측벽이 매끄럽고 균일한 수직 프로파일을 실현할 수 있다. 2나노 로직 및 HBM DRAM 제조 분야에서 기준 장비(Tool-of-Record) 지위를 확보하고 250개 이상의 챔버를 현장에 배치한 Sym3 Z는 첨단 3D 도체 식각 패터닝의 새로운 기준을 제시한다.

미래 공정 노드로 나아갈수록 미세화에 따른 기술적 요구는 더욱 커진다. 반도체 산업이 옹스트롬 시대로 진입함에 따라 3D 구조는 더욱 깊어지고, 웨이퍼 전반에 걸쳐 완전히 평탄한 사각형 바닥과 균일한 구조 깊이를 요구하는 더 엄격한 오차범위를 충족해야 한다.

옹스트롬 시대 스케일링 가속 위한 새로운 도약

이러한 엄격한 요건을 충족하기 위해 어플라이드 머티어리얼즈는 최근 ‘Sym3™ Z Magnum™(Sym3 Z 매그넘)' 식각 시스템을 출시했다. 옹스트롬 수준의 3D 패터닝을 위해 특별히 설계된 Sym3 Z Magnum은 검증된 Sym3 Z 플랫폼을 확장해 플라즈마 및 이온 제어를 웨이퍼에 그 어느 때보다 더 근접하게 배치한다. 

Sym3 Z Magnum의 핵심은 획기적인 2세대 펄스 전압 기술(PVT2)이다. PVT2는 반응성 이온을 웨이퍼 표면에 직접 집중시켜 식각 깊이가 증가하더라도 식각된 구조가 공정 조건에 따라 보다 예측 가능하게 반응하도록 한다. 웨이퍼 인접 플라즈마 제어와 이온 각도 및 이온 에너지의 독립적 조정을 동시에 구현한다는 점이 핵심이다. 그 결과 트렌치를 정밀하게 식각하면서 동시에 하단 모서리를 정밀하게 성형하는 이중 모드 식각이 가능해진다. 이러한 동시 처리 방식은 종횡비가 높아지고 공정 마진이 좁아지는 상황에서도 구조 형상을 유지한다. 기존 식각 시스템이 플라즈마 근접성과 이온 방향성 사이에서 트레이드 오프(Trade-off)를 감수해야 했다면 Sym3 Z Magnum은 처음으로 두 가지를 동시에 구현해 차세대 3D 아키텍처의 핵심 기술 격차를 해소한다.

PVT2의 효과를 더욱 극대화하기 위해 Sym3 Z Magnum은 반응 물질 생성부터 부산물 배출까지 전체 공정 환경을 최적화하는 플라즈마 소스 개선 기술을 추가했다. 새로운 소스는 반응 물질 노출을 10배 연장해 고종횡비 구조의 바닥에서 완전한 흡착이 이뤄지도록 하고, 이를 통해 깊이 균일성을 향상시킨다. PVT2와 결합된 이 기능은 칩 제조사가 웨이퍼 전반에서 구조 형상을 더욱 정밀하게 제어할 수 있도록 한다.

차세대 AI 로드맵 양산 현실화

GAA 로직과 HBM DRAM 아키텍처가 실리콘의 더 깊은 영역으로 들어가게 되면서, 전력 효율 대비 성능은 점점 더 작고 깊은 구조를 얼마나 정밀하게 구현할 수 있는지 정확도에 의해 좌우된다.

AI 컴퓨팅의 미래는 3D에 있다. Sym3 Z Magnum은 로직 및 메모리 칩 제조사들이 대규모 양산 환경에서 옹스트롬 수준의 패터닝을 구현할 수 있도록 지원한다.