삼성·TSMC·인텔, 이번엔 '반도체 펠리클 大戰'

반도체 극자외선(EUV) 공정에서 펠리클이라는 소재가 주목받고 있다. 대만 TSMC는 EUV 공정에 이 소재를 적용해 생산 효율성과 수율을 크게 올린 것으로 파악된다. 삼성전자도 펠리클 도입을 준비하고 있지만 상용화까지는 시간이 필요한 것으로 알려진다. 국내 소재 업체와 인프라 공유로 도입을 앞당겨야 한다는 진단도 나온다.

세계 파운드리 시장 1위 업체 TSMC는 지난 6월 ‘TSMC 기술 심포지엄’ 행사에서 올해 EUV 펠리클 자체 생산능력을 2019년 대비 20배 늘리겠다고 밝혔다.



TSMC는 펠리클을 장착하면서 생산 효율성도 상당히 올라갔다고 소개했다. 올해 펠리클 도입 이후 마스크 수명이 범용인 심자외선(DUV) 공정 마스크 수명과 거의 비슷한 수준에 도달했고 2019년보다 4배 더 많은 웨이퍼를 소화할 수 있다고 밝혔다.

펠리클과 마스크는 빛으로 반도체 회로를 반복적으로 찍어내는 노광 공정에서 필요한 소재다. 펠리클은 회로가 새겨진 마스크에 이물질이 묻는 것을 차단해 불량을 막는 덮개 역할을 한다.

최첨단 노광 공정인 EUV 공정용 펠리클은 기존 DUV용 펠리클과 구조가 아예 다르다. 모든 물질에 흡수되는 EUV를 마스크에 닿게 한 후 이 빛을 온전하게 빠져나가도록 해야 하기 때문이다.



품질도 중요하다. EUV가 펠리클을 통과하면서 발생하는 열로 인해 휘거나 깨지는 상황을 막아야 하기 때문이다. 따라서 상용화 난도가 높고 상용화가 쉽지 않다.



하지만 TSMC는 일찌감치 EUV용 펠리클을 자체 개발해 EUV 라인에 도입한 것으로 전해진다. 수명을 늘려 장당 수 억원 대의 마스크 비용을 절감하면서 자체 펠리클 보유로 인한 납품 비용 절감도 예상된다. 업계 관계자는 “TSMC의 안정적 EUV 공정 수율 확보에는 펠리클이 상당히 긍정적인 영향을 미친 것으로 분석된다”며 “향후 3나노 공정에도 무리 없이 활용될 것”이라고 설명했다.

오는 2023년 EUV 공정을 처음 도입하게 될 인텔도 펠리클 도입에 적극적이다. 스티브 카슨 인텔 수석 엔지니어는 최근 한 학술 대회에서 “EUV 공정이 확장될수록 펠리클은 반드시 필요하다”고 밝힌 바 있다. 펠리클과 관련해 인텔이 시장을 선점한 TSMC와 협력 관계를 구축 중이라는 이야기도 나온다.

삼성전자는 아직 EUV 펠리클을 양산 라인에 도입하지 않은 것으로 알려진다. 내부 연구팀 연구와 국내 중소 업체 지분 투자 및 협력으로 펠리클 역량을 끌어올리고 있지만 상용화까지 시간이 필요한 것으로 전해진다. 5나노 이하 EUV 공정 수율 극대화를 위해 펠리클 도입이 시급하다는 지적이 나온다.

안진호 한양대 교수는 “반도체 업계에서 펠리클이 EUV 공정에서 반드시 필요하다는 쪽으로 의견이 굳어지고 있다”며 “펠리클 상용화를 앞당길 수 있도록 반도체 대기업의 연구 장비 협력이 절실한 상황”이라고 강조했다.