삼성전자(005930)가 일본 미쓰이 화학과 '극자외선(EUV) 펠리클' 계약을 맺고 3나노(㎚·10억 분의 1m) 수율 개선과 적자 탈출에 총력을 기울인다. 현존하는 펠리클 성능을 뛰어넘는 '탄소나노튜브(CNT) 펠리클' 상용화에도 박차를 가하고 있다.
25일 업계에 따르면 삼성 파운드리는 일본 미쓰이 화학에서 수십억 원 규모로 EUV 펠리클을 구매하기로 했다. 양산 라인 적용을 위한 막바지 테스트를 거친 뒤, 경기도 화성시에 있는 3나노 파운드리 라인인 'S3'에 적용할 것으로 예상된다.
삼성 파운드리는 양산 라인에서 EUV 펠리클 첫 도입을 지난해 3분기부터 검토해왔다. 미쓰이 화학은 세계 유일의 EUV 펠리클 공급사로 2019년 네덜란드 EUV 노광 장비회사인 ASML과 협약을 맺고 관련 기술을 개발해왔다.
EUV 펠리클은 반도체 제조의 핵심인 노광 공정에서 쓰인다. 노광은 동그란 웨이퍼 위에 빛으로 회로를 찍어내는 공정이다. 빛은 회로 모양이 큼직하게 새겨진 마스크라는 소재를 통과해 웨이퍼로 향한다. 만약 마스크의 회로에 먼지가 끼어있다면, 빛은 웨이퍼에 불량한 회로를 찍어낼 수밖에 없다. 펠리클은 마스크에 오염 물질이 묻는 것을 보호하는 '덮개' 역할을 한다.
특히 7나노 공정 이하부터 쓰이는 EUV 공정에서 펠리클의 성능은 더욱 중요하다. EUV 빛은 어떤 물질에서든 쉽게 흡수되는 성질을 지니고 있기 때문이다. 펠리클은 이런 까다로운 성질의 EUV를 투과시켜야 하는 고난도의 과제를 안고 있는데, 이미 세계 1위 TSMC는 자체 EUV 펠리클 기술을 개발해 라인에 적용하면서 노광 공정의 생산성을 극대화하고 있다.
삼성전자는 3나노 공정에 미쓰이의 EUV 펠리클을 적용, 대만 TSMC와 기술 격차를 줄이고 부진한 수율을 끌어올린다는 계획이다. 삼성전자는 2022년부터 최첨단 3나노를 적용하기 시작해 작년 말부터는 시스템LSI 사업부의 모바일용 제품인 '엑시노스 2500'을 이 공정으로 만들고 있다.
다만 3나노 공정은 지난해 극심한 수율 부진을 겪으며 시장 경쟁력이 떨어졌다는 평가를 받았다. 이는 고객 수주 부진으로도 이어졌다. 삼성 파운드리는 지난해 4분기에만 2조 원대 적자를 낸 것으로 추정돼 연간으로는 시스템LSI 사업부와 합쳐 5조원 이상의 영업손실을 기록했을 것이라는 분석까지 나온다.
삼성 파운드리는 올 해 설비 투자는 보수적으로 단행하는 대신 2나노 공정 구현과 핵심 기술의 내실을 다지는 전략을 세운 것으로 파악된다. 특히 EUV 분야의 경우 'EUV시너지 TF'를 설립해 노광 공정에서 생산성을 극대화하는 방안을 찾고 있다. 한 업계 관계자는 "삼성전자가 3나노 이하 공정에서 수율 개선을 위해 총력전을 펴는 것으로 알고 있다"고 전했다.
한편 삼성전자는 현존하는 EUV 펠리클의 성능을 한 단계 뛰어넘은 CNT 펠리클도 개발하고 있다. 국내 에프에스티(036810)(FST)와 연구개발(R&D)에 몰두하면서 가급적 이른 시일 내의 개발을 목표로 하고 있는 것으로 전해졌다. 미쓰이 역시 CNT 펠리클 개발을 하고 있다.
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