저자: 미상 · 한국인
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TSMC의 3나노 수율 80% 주장과 삼성의 3나노 경쟁을 소개하며, TSMC가 EUV 펠리클 자체개발로 격차를 따라잡았다고 분석. 국내 FST·SNS텍 등 펠리클 국산화 기업의 기술력과 펠리클 시장 성장(2021년 2000억원→내년 1.5조원 전망)을 강조.
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지난해 8월 중국 난징에서 열린 세계 반도체 대회에서 TSMC는 3나노 수율을 80%까지 끌어올렸다고 밝히며 치열해진 3나노 경쟁에서 자신감을 보였습니다. 동시에 대만 언론을 통해 삼성의 3나노 수율이 20% 수준이라고 말하며 자국 TSMC와 3나노 경쟁을 벌이는 삼성전자를 견제했습니다. 삼성은 당시 대만 언론의 보도에 대해 사실이 아니라며 논란의 불씨를 껐습니다. 그리고 몇 달이 지난 지금, 삼성이 TSMC와의 경쟁에서 강력한 비밀 무기를 준비하고 있다는 소식이 전해져 주목받고 있습니다. 2022년 7월 25일 경기도 화성캠퍼스 V1 라인에서 삼성전자는 차세대 트랜지스터 기술을 적용한 3나노 파운드리 제품 출하식을 열었습니다.
파운드리 분야에서 대만의 TSMC를 넘기 위해 삼성은 TSMC보다 먼저 3나노 양산 카드를 꺼내 들었습니다. 삼성이 3나노 양산을 발표하자 TSMC도 가만히 있지 않았습니다. 자신들도 곧 3나노 제품을 출시하겠다고 발표했습니다. 하지만 계속된 양산 연기 발표로 TSMC는 12월이 되어서야 3나노 공정 반도체 양산 기념식을 열고 본격적으로 삼성과의 3나노 경쟁을 시작하게 되었습니다. 삼성 입장에서는 약 6개월의 시간적 격차를 벌리고 시장을 선점할 기회를 얻은 셈입니다. 업계 전문가들은 삼성과 TSMC의 3나노 싸움의 승부처가 수율에 있다며, 수율 90%를 달성하는 쪽이 승자가 될 것이라고 분석했습니다.
지난 난징에서 TSMC가 발표한 수율 80%는 전문가들의 이목을 끌었습니다. 전문가들은 TSMC가 이토록 단숨에 수율을 개선할 수 있었던 비결로 극자외선(EUV) 펠리클에 주목하고 있습니다. EUV 펠리클은 반도체 회로 패턴을 그리는 유리 기판(포토마스크)에 먼지가 붙지 않도록 씌우는 얇은 필름을 말합니다. EUV 노광장비는 기존 노광장비에 비해 파장이 짧아 더 미세한 패턴을 그릴 수 있게 되었지만, 파장이 짧은 만큼 빛을 흡수하는 비율이 커집니다. 그래서 투과율이 높은 펠리클을 사용할수록 수율이 개선된다고 합니다. 수율뿐만 아니라 가격 면에서도 큰 장점이 있습니다. EUV 포토마스크 가격은 개당 5억에서 10억 원인 반면, EUV 펠리클은 5천만 원에서 1억 원 수준입니다.
만약 EUV 포토마스크에 전용 펠리클이 없다면, 한두 번 쓰고 나서 불순물 때문에 버리고 새 포토마스크로 바꿔가며 회로를 다시 만들어야 합니다. 비용 문제가 천문학적으로 커지는 것이죠. 그동안 삼성과 TSMC는 전용 펠리클 없이 EUV 공정을 진행해 왔습니다. 하지만 펠리클이 등장하면서 두 기업 모두 펠리클에 사활을 걸고 있습니다. 반도체 업계가 요구하는 펠리클의 투과율은 90%입니다. ASML은 지난 2021년 미국 반도체 장비 업체 테라다인과 합작해 투과율 90%의 펠리클을 개발했고, 일본 미쓰이화학과 라이선스 계약을 맺은 뒤 이 부품을 일부 생산하고 있습니다.
TSMC는 3년 전부터 이 부품을 자체 개발해 일부 공정에 적용하고 있는 것으로 예상되며, 이 자체 개발 펠리클 덕분에 TSMC가 삼성과의 격차를 단숨에 따라잡은 것으로 전문가들은 보고 있습니다. 한마디로 3나노 이하 반도체 경쟁에서 승부를 결정짓는 핵심이라는 것이죠. TSMC가 자체 개발 펠리클을 일부 공정에 투입하고 있는 만큼, 삼성 역시 가만히 있을 수만은 없습니다. 삼성도 자체 개발에 성공했다는 소문이 시장에서 들려오고 있고, 국내 기업인 FST와 SNS텍 역시 양산 막바지 단계에 접어든 것으로 알려지고 있습니다.
EUV 펠리클은 현재 기술 진입 장벽이 워낙 높은 데다, 시장을 이끄는 확실한 선두 기업이 없다고 합니다. 업계에서 원하는 스펙을 완벽하게 갖춘 제품도 아직 없습니다. 미쓰이화학이 라이선스 생산을 하고 있지만 물량이 충분하지 않고, TSMC의 경우 투과율이 부족한 상황입니다. 외국산이 선점한 시장에 하루빨리 국산화가 필요한 상황에서, 펠리클에 도전하고 있는 한국 기업이 있다는 것은 그나마 다행이라고 생각합니다. 더 나아가 단숨에 글로벌 선두주자로 나설 것으로 예상되기도 합니다. FST가 준비 중인 펠리클은 투과율이 90% 이상을 충분히 웃도는 것으로 추정되고 있습니다.
게다가 준비 중인 실리콘카바이드(SiC) 기반 EUV 펠리클은 내열성까지 갖추고 있어, ASML의 차세대 장비에서도 더 큰 효과를 볼 것으로 기대됩니다. SNS텍 역시 올해 상반기부터 투과율 90%가 넘는 EUV 펠리클 양산에 돌입할 가능성이 크다고 합니다. 이처럼 국내 대기업이 삼성의 자본력과 경험을, 중소기업이 기술력을 하나로 묶어 펠리클 국산화를 완성하고 서둘러 표준으로 만들어야 한다는 의견도 나오고 있습니다. 시간을 끌수록 미쓰이화학에 대한 의존도가 커지기 때문입니다. 지난 한일 간 무역 분쟁 때처럼 한국 반도체가 일본에 의해 흔들려서는 안 되기 때문이죠.
그래서 현재 이 같은 생태계 구축과 정부 지원을 촉구하는 목소리도 나오고 있습니다. 그만큼 중요하다는 뜻이겠죠. 펠리클 시장의 성장성도 밝게 전망되고 있습니다. 2021년 약 2,000억 원 규모였던 시장은 매년 100% 이상 성장하며, 내년에는 1조 5천억 원 규모로 커질 것으로 예측됩니다. 앞으로 EUV 노광장비 사용이 늘어날수록 전용 펠리클 시장도 폭발적으로 늘어날 것이기 때문입니다. 반도체 업계에서는 ASML이 이미 투과율 95%를 목표로 한 제품 개발에 나섰고, TSMC는 자체 생산하는 펠리클의 양을 두 배 이상 늘리겠다는 목표를 세웠습니다.
파운드리에 뛰어들고 있는 인텔 역시 EUV 펠리클 수급에 나서고 있어, 한국 입장에서는 수요가 폭발하기 직전에 국산 제품을 내놓고 경쟁을 시작해야 합니다. 시장이 폭발한 뒤에 내놓아 봤자 이미 경쟁자들이 계약을 체결한 뒤라, 시장 진입이 더욱 어려워지기 때문입니다. 글로벌 경기 침체로 반도체 업계도 전 세계적으로 허리띠를 졸라매고 치열한 경쟁에 돌입했습니다. 이번 싸움에서 반드시 살아남아야 침체 이후 찾아올 대폭발의 수혜를 입을 수 있습니다. 한국의 대기업과 중소기업, 그리고 과학자와 개발자 분들 모두 좋은 기술로 위기를 기회로 바꾸어 나가셨으면 좋겠습니다.
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