끊임없는 학습과 도전을 하는 DS人을 만나다!

삼성전자 DS부문 임직원들은 자기개발을 위해 어떤 노력을 하고 있을까요? 끊임없이 학습하고 새로운 분야에 도전하는 DS人 중 삼성전자 반도체연구소에서 근무하며 패터닝 기술 관련 도서를 집필한 심성보 님을 만나봤습니다.

Q: 반도체 패터닝(Patterning) 기술이란 무엇인가요?

A: 반도체 칩을 구성하는 수없이 많은 트랜지스터와 그 트랜지스터를 연결하는 배선들을 설계한 모양 그대로 웨이퍼 상에 구현하는 기술을 말합니다. 보통 반도체 칩의 크기는 최소 선폭으로 결정된다고 알려져 있는데, 이 선폭에 영향을 미치는 것이 패터닝 기술입니다.

결국 반도체 패터닝 기술은 칩의 크기에 큰 영향을 끼치는데요. 작은 패턴을 만들 수 있다면 칩을 더욱 작게 만들 수 있고, 칩을 작게 만든다는 것은 하나의 웨이퍼에서 더 많은 칩을 생산할 수 있다는 뜻입니다. 이것은 칩의 가격 경쟁력과 연결됩니다.

Q: 반도체 패터닝과 관련해 최근 EUV기술이 도입되었는데요. EUV기술에 대해 설명해주세요.

A: EUV는 기존 패터닝 기술의 최소 선폭 한계를 넘어서게 하는 최신 노광(Photo) 기술입니다. 최소 선폭, 즉 작은 패턴을 만들기 위해선 해상도(Resolution)가 중요한데요. 해상도는 크게 세가지 요소에 의해 결정됩니다. 노광에 사용하는 빛의 파장이 짧을수록, 노광 설비의 광학계가 고도화될수록, 그리고 소재나 공정 스킴(Scheme) 등 공정 최적화 기술이 뛰어날수록 해상도가 좋아집니다.

EUV는 이 중 빛의 파장을 기존보다 극도로 짧게 한(기존 ArF 193nm → EUV 13.5nm) 노광기술입니다. 그림 그리기에 비유한다면 0.7mm 펜촉으로 그림을 그리다가 0.1mm 펜촉으로 그리는 셈입니다. 그만큼 작고 섬세한 그림을 그릴 수 있죠.

Q: 회사에서 지원하는 학술연수를 다녀오셨는데 어떻게 가게 되셨나요?

A: 입사 후에 주어진 업무를 하면서 정말 재미있었어요. 기술뿐만 아니라, 제가 점점 성장하는 것도 재미있었습니다. 경쟁사나 관계사 논문을 보면서 눈에 띄는 저자들도 알게 되고, 학회에서 저자들을 우연히 만나는 일도 생겼는데요. 그러다 보니 자연스럽게 박사 학위를 하면서 좀 더 깊게 공부하고 싶다는 생각이 들어 학술연수에 지원하게 되었습니다.

학술연수를 가기 전에 하던 업무는 반도체 공정 업무였는데요. 그때 당시 공정-설계 융합 기술의 중요성이 점점 높아질 때여서 박사 학위는 설계 분야로 취득했습니다. 새로운 분야라 학위 과정이 정말 힘들었지만, 학술연수 과정에서 익혔던 연구하고 논의하는 방법, 논리적으로 생각하고 글 쓰는 습관을 소중하게 생각하고 있습니다.

Q: 학술연수 후 패터닝 관련 기술 도서를 출간했다고 들었습니다. 어떤 책인가요?

A: 책을 쓰는 건 학생 시절부터 갖고 있던 꿈 중에 하나입니다. 대학교 때, ‘누드 교과서’라는 고등학생 물리 참고서를 집필했었는데요. 글을 쓰면서 스스로도 개념에 깊이와 논리를 더할 수 있고, 제가 쓴 글로 다른 사람의 이해를 도울 수 있었던 경험이라 아주 인상적이었습니다. 그래서 반도체 연구원으로 일을 하면서도 꾸준히 사내·외 논문을 쓰는 등 글 쓰는 습관을 버리지 않고 있었죠.

이번에 출판한 책은 박사 학위 연구 주제에 대해 저의 논문을 포함한 관련 연구 동향을 모은 기술 서적인데, 저의 졸업 논문이 우수 논문상(Outstanding Dissertation Award)을 받게 되어 출판사로부터 출판 제의를 받았습니다. 차세대 반도체 공정 기술을 적용할 때, 기존에는 없었던 어떤 제약이 있는지, 그리고 그것을 해결할 수 있는 설계 및 공정 최적화 기술은 어떤 것이 가능한지에 대해 설명했습니다.

Q: 향후 패터닝 기술의 미래는 어떻게 예상하시나요?

A: 앞에서 설명한 최소 선폭이나 EUV기술은 주로 수평(Lateral) 방향으로의 패터닝 능력과 관련되어 있습니다. 최근에는 얼마나 복잡하고 깊은 패턴을 만들 수 있는지를 나타내는 수직(Vertical) 방향으로의 패터닝 능력도 함께 중요해 지고 있는데요, 특히 칩 밀도가 극한으로 높아진 차세대 메모리에서는 얼마나 좁고 깊은 구조물을 만들 수 있는지가 공정 경쟁력의 관건입니다.

두 번째로 중요하게 생각하고 있는 부분은 빅데이터와 관련이 있는데요. 반도체 칩 크기가 계속 작아지면서 단위 면적당 존재하는 트랜지스터의 수는 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 이에 따라 작은 패턴을 만들기 위한 패터닝 기술이 더욱 고도화되고 있고, 공정 방법, 설비, 소재의 종류와 복잡도도 함께 증가하고 있어요. 이렇게 수많은 설비, 공정, 소재, 설계 정보와 변수를 효과적으로 잘 다루려면 소모적인 직접 실험보다는 빅데이터 기반의 통계 분석 및 시뮬레이션을 통한 예측과 모사 실험의 중요도가 높아질 것으로 생각됩니다.

끝으로, 앞으로는 공정 기술과 설계 기술이 서로 영향을 주며 발전할 것이라고 생각합니다. 공정 기술은 공정 기술대로, 설계는 설계 기술대로 독립적으로 개발하고 발전해오던 지금까지와는 달리, 반도체 기술이 극한에 와 있는 만큼 공정과 설계 기술을 함께 이해하고 최적화할 필요가 있습니다.

Q: 개인적인 목표가 있다면 어떤 것인가요?

삼성전자 반도체 연구소는 세계 제일의 반도체 연구소로 다양한 부서에서 다양한 기술들을 세계 최고 수준으로 연구하는 곳입니다. 이런 곳에서 연구하는 것에 자부심도 가지고 있지만, 그만큼 아직도 배울 것이 많다고 생각하고 있어요. 회사 안에서 끊임없이 배우고 성장하며 저만의 강점과 비전을 찾아가는 게 목표입니다.

자기개발을 위해 꾸준히 노력하는 DS인들이 있어 삼성전자의 미래가 더욱 기대가 되는데요. ‘끊임없는 학습과 도전을 하는 DS인’은 2편에서 계속됩니다.