[제 20250720-AT-01호] 2025년 7월 3주차 반도체 제조, 기술 관련 신문기사 분석

3D 반도체 시대, 초미세 공정·고성능 패키징·AI 최적화가 경쟁력 좌우

글쓴이: 이종욱

2025년 7월 3주차, 글로벌 반도체 산업이 본격적인 3D 전환기에 접어들고 있다. 기존 평면적 한계(CMOS 공정 기반)를 극복하고, 집적도·성능·전력 효율을 동시에 확보하기 위한 기술적 해법으로 3D 구조 반도체와 극저온 식각, 고대역폭 메모리(HBM), 고집적 패키징 등이 빠르게 진화 중이다. 여기에 스토캐스틱 제어, 뉴로모픽 아키텍처, 광통신 기반 칩(CPO)까지 결합되며 차세대 경쟁력이 다면적으로 전개되고 있다. 다음은 반도체 제조 및 기술과 관련 주요기사의 요약이다.

[1] 수직적 진화의 서막: 3D 반도체 기술 가속화

CMOS 평면 공정의 한계를 돌파하려는 반도체 업계는 칩을 ‘가로’가 아닌 ‘세로’로 쌓는 3D 반도체 기술에 집중하고 있다. 특히, 삼성전자는 로직·메모리·패키징의 전 영역에서 수직 구조를 도입해 GAA(게이트 올 어라운드) 기반 3D 로직 구현에 선도적이다. SK하이닉스는 HBM을 중심으로 AI 연산용 3D 메모리 상용화에 주력하며, TSMC는 칩렛 아키텍처 및 3D 패키징 기술로 경쟁력을 확보 중이다.

3D 기술의 핵심은 ‘극저온 식각’이다. 영하 60~70도의 플라즈마 식각 공정은 방향성과 정밀성을 극대화하며, 고층 구조 반도체의 금속간 연결(비아) 형성의 한계를 해소한다. 현재 삼성전자 등은 TEL·램리서치 등 글로벌 장비사와 극저온 장비 테스트를 진행 중이다.

[2] 패키징 주도권 경쟁: TC 본더 vs 하이브리드 본더

차세대 HBM4·HBM5 생산 방식에 대한 관심이 높아지는 가운데, 한미반도체는 “TC 본더만으로 충분하다”는 입장을 고수하며 하이브리드 본더 도입설을 일축했다. 실제로 국제 표준(JEDEC) 완화로 TC 본더 기반 생산이 가능해지면서, 고가의 하이브리드 전환 필요성이 낮아졌다는 분석이다.

한미반도체는 HBM TC 본더 시장에서 HBM3E 기준 점유율 90% 이상을 차지, HBM4·5에서도 95% 이상 점유율을 목표로 하며, NCF·MR-MUF 등 열압착 본딩 핵심 기술도 다수 확보했다. 하이브리드 본더는 차기 HBM6(9세대) 시점에서 대응 예정이며, 연내 플럭스리스 본더도 선보일 계획이다.

[3] 8인치 웨이퍼의 재해석: 다이렉트 RDL 기술

SK하이닉스의 자회사 SK키파운드리와 LB세미콘은 8인치 기반 ‘다이렉트 RDL(재배선)’ 기술을 공동 개발, 차량용·산업용 반도체 시장의 수요 변화에 대응하고 있다. 이 기술은 웨이퍼 레벨 패키징(WLP)에서 전기 배선을 직접 형성하여 공정 효율성과 전력 특성을 향상시킨다.

15μm의 두꺼운 배선과 70%의 밀도로 높은 전류용량을 지원하며, AEC-Q100 오토 그레이드-1을 충족, 차량용 전력 반도체에 최적화됐다. 공동 개발 구조 덕분에 개발 기간도 단축되었고, 파운드리-패키징 간의 시너지 강화가 기대된다.

[4] 초미세공정의 위기와 해법: 스토캐스틱 제어 기술

2나노 이하 공정에서는 EUV 노광의 ‘스토캐스틱(무작위 패턴 결함)’ 현상이 수율에 심각한 영향을 미치고 있다. 이는 이론 설계와 실제 양산 수율 사이의 간극을 만드는 핵심 요소로 지목된다.

이 문제를 해결한 기업이 바로 미국 프랙틸리아(Fractilia)다. 주사전자현미경(SEM) 데이터를 기반으로 실제 결함과 노이즈를 구분하는 자체 알고리즘 ‘FAME’을 통해 정확한 오류 측정과 개선 방향 제시가 가능하다. 글로벌 Top5 반도체사 중 4곳, 삼성전자·SK하이닉스, IMEC 등도 이 기술을 채택하거나 테스트 중이다.

스토캐스틱 제어는 EUV 공정의 안정성과 수율 확보에 있어 사전 예방적 품질 관리로 떠오르고 있으며, High-NA EUV 장비 시대에 더욱 필수 기술로 부상 중이다.

[5] 차세대 노광 경쟁 본격화: High-NA EUV 상용화

ASML은 올 2분기 사상 최대 실적을 달성하며, 차세대 High-NA EUV 장비의 첫 출하를 발표했다. 이 장비는 2나노 이하 초미세공정에 필수적이며, 이미 인텔에 공급된 데 이어 삼성전자, TSMC에도 전달 예정으로, 본격적인 2nm 양산 진입 경쟁이 촉발될 전망이다.

High-NA EUV는 기존 EUV 대비 해상도를 70% 이상 향상시켜 회로폭을 더욱 줄일 수 있으나, 공정 안정성과 스토캐스틱 제어와의 연계 기술 확보가 병행되어야 한다.

[6] 뉴로모픽 반도체와 광반도체, AI 시대의 열쇠

고성능 AI가 확산되며 전력 소모와 데이터 이동 병목이 병렬 과제로 대두되고 있다. 이를 해결하기 위한 전략으로 뉴로모픽 반도체와 CPO(공동 패키징 광학) 기술이 동시에 주목받고 있다.

뉴로모픽 반도체는 뇌의 비동기 처리 원리를 적용해 불필요한 연산을 줄이고, 연산·저장을 통합해 전력 효율을 극대화한다. 이는 저전력 AI, 에지 컴퓨팅, IoT 분야에서 파급력을 보일 것으로 예상된다.

한편, 일본 DNP는 네덜란드에 광 반도체 R&D 센터를 설립, CPO 기술 확보에 나섰다. 빛 신호를 활용해 데이터 전송 속도와 에너지 효율을 동시에 높이는 광 반도체는 향후 AI 데이터센터 및 HPC 시장에서 열적·전력적 한계를 해결하는 핵심 대안이 될 것으로 전망된다.

결론적으로,

2025년 7월 3주차 반도체 제조 및 기술 관련 신문기사를 정리해 보면, "반도체 기술 진화, '세로로 쌓고 빛으로 계산하라'"라고 볼 수 있다. 반도체 산업은 단순한 선폭 경쟁을 넘어 3D 구조화, 광학 전송, 알고리즘 기반 수율 제어, 패키징 다변화가 복합적으로 전개되는 ‘입체적 경쟁 국면’에 진입했다.

성능, 전력, 면적, 수율이라는 네 가지 축에서 균형을 이루기 위해서는 극저온 식각 기술, HBM용 본딩 장비 최적화, 스토캐스틱 제어 소프트웨어, 고대역 광학 패키징 같은 기술 집약적 솔루션 확보가 핵심이다.