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극자외선 노광장비 확보로 공정수율 높여

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기사입력 : 2022.06.24
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ASML, 연간 생산량 50대 안팎 그쳐 

삼성·TSMC·인텔 등 장비 선점 경쟁


글로벌 반도체 업계가 네덜란드산 극자외선 노광장비(이하 EUV 장비) 확보 경쟁에 사활을 걸고 있다. 4차산업 혁명과 디지털전환 시대에 접어들면서 첨단반도체 공정의 수율을 높여 경쟁력을 높이려는 업계 입장에서 기술력이 공인된 ASML사의 EUV 장비 확보는 미래 경쟁력과 직결되기 때문이다.


올해 초 인텔은 2025년부터 적용할 인텔 1.8나노 공정을 위해 네덜란드 ASML의 차세대 EUV 장비 ‘하이 뉴메리컬어퍼처(High NA) EUV’ 도입 계약을 체결했다고 발표했다. 당시 TSMC와 삼성전자보다 앞서 인텔이 가장 먼저 최신 장비를 확보했다는 뉴스는 업계를 깜짝 놀라게 하는 이슈였다. 


반도체 생산 공정을 살펴보면 지름 30㎝의 실리콘 원판 ‘웨이퍼’에 자외선을 조사해 회로를 그리는 작업이 노광 공정이다. 이 회로를 얇게 그릴수록 웨이퍼 한 장에서 나오는 반도체 수가 늘어난다. EUV 노광 기술은 짧은 파장의 극자외선(EUV)으로 세밀하게 회로를 그릴 수 있어 7나노 이하 초미세 공정을 구현할 수 있다. 


특히 회로를 새기는 작업을 반복하는 멀티 패터닝(Multi-Patterning) 공정을 줄일 수 있어 성능과 수율(결함이 없는 합격품의 비율)이 향상되고, 제품 출시 기간도 단축할 수 있다. 급증하는 정보를 처리할 수 있는 고성능 저전력 반도체를 만드는데 필수적인 기술이다.


그런데 EUV 장비는 네덜란드 업체인 ASML이 거의 독점 생산하고 있으며, 연간 50대 안팎 정도만 생산된다. 이러한 가운데 글로벌 반도체 제조사들이 반도체 수요 급증에 대비해 앞 다퉈 생산시설을 늘리면서 EUV 장비 확보전은 더욱 치열해졌다.


이에 따라 EUV 장비 수요는 급격히 늘어나고 있지만, 그렇다고 ASML이 출하량을 단숨에 급격히 늘릴 수도 없는 상황이다. ASML도 수백 개의 부품업체로부터 부품을 받아서 EUV 장비를 조립하는데, 생산 능력을 확대하려면 수많은 협력사의 뒷받침이 있어야 가능하기 때문이다.


최근에는 전 세계를 휩쓴 반도체 부품난으로 ASML 역시 부품 수급에 어려움을 겪으며 장비의 리드타임(주문에서 납품까지 기간)도 훨씬 길어진 것으로 알려지고 있다. 여기에 ASML의 고난도 기술을 따라잡고 이미 형성된 공급망을 뚫고 들어가기는 사실상 어려운 것이 현실이라 신규 제조사로부터 공급을 기대하기 힘들다. 


이달 초 삼성전자 이재용 부회장이 장비 수급 문제 등을 논의하기 위해 네덜란드로 출국한 것도 이러한 배경이 깔려있기 때문이다. 업계에 의하면 삼성전자는 경기 평택캠퍼스의 세 번째 반도체 생산라인 ‘P3’ 공장 완공을 앞두고 있다. 또한 네 번째 생산라인 ‘P4’을 착공했고, 미국 텍사스주 테일러시에는 파운드리 2공장을 조만간 착공할 예정이다. 그런데 삼성전자는 이곳에서 EUV 장비를 활용한 최첨단 공정의 반도체를 생산할 계획이다.


TSMC도 올해 400억∼440억 달러의 설비투자 예산을 잡아 놓고 공격적인 투자에 나서고 있다. 미국 애리조나주에 120억 달러를 투자해 반도체 공장을 건설하고 있으며, 일본 구마모토현에도 새 반도체 공장을 세우고 있다. 그리고 인텔도 파운드리 시장 재진입을 선언한 뒤 지난해 4월 200억 달러를 투자해 미국 애리조나에 파운드리 공장을 설립한다고 발표하는 등 EUV장비 확보경쟁은 앞으로 더욱 치열해 질 전망이다. 


/2022년 6월 24일 동아경제 성창희 기자

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