삼성전자 3나노수율 그리고 펠리클

현재 파운드리 업계에서 EUV 공정으로 칩을 생산하는 업체는 TSMC와 삼성전자가 유일하다.

그러나 TSMC는 일찌감치 펠리클을 자체 개발해 왔다. 2019년부터 EUV 공정에 자사의 펠리클을 사용하고 있으며 매년 사용량을 늘려 나가고 있다. TSMC은 투과율 85%, 폴리 실리콘 기반의 펠리클을 사용하고 있는 것으로 알려져 있다.

 

반면 삼성전자는 EUV 공정에서 마스크가 먼지에 노출될 수 있음에도 펠리클 없이 반도체를 생산해 왔다. 그 이유는 90% 이상의 투과율의 펠리클이 지금까지 양산화되지 않았기 때문에 사용하지 않은 것으로 관측된다.

 

삼성전자는 2023년부터 펠리클을 도입을 목표로 하고 있다. 이 시점이면 투과율 90%의 펠리클이 양산될 수 있을 것으로 보고 있기 때문이다. 삼성전자는 ASML 얼라이언스의 펠리클을 사용할 가능성이 높으며, 향후 자체 개발한 펠리클 및 협력사의 펠리클을 확대 도입할 것으로 관측된다.

 

ASML은 2016년 처음으로 폴리 실리콘 기반 EUV 펠리클을 개발했으며, 당시 투과율은 78% 수준이었다. 2018년 투과율 80% 이상의 펠리클 MK 2.0을 공급했고, 2020년에는 투과율 83% 수준의 펠리클 MK 3.0을 공급했다. 지난해는 신소재 기반의 투과율 90% 펠리클 MK 4.0을 개발했다고 발표했으며, 양산을 앞두고 있다.

 

펠리클은 최첨단 기술의 집약체인만큼 가격도 비싸다. 반도체 업계 관계자에 따르면 ASML펠리클 2.0은 한 장당 1만 8천 달러(약 2천300만 원)에 공급되고 있으며, 양산 예정인 펠리클 MK 4.0은 3만 5천 달러(약 4천500만 원)에 달하는 것으로 알려져 있다. 라이프타임은 1만 시간 정도다.

 

 EUV 펠리클의 국내 양산은 이르면 연내 가능할 것으로 보인다. 삼성전자로부터 각각 430억 원, 658억 원을 투자받은 에프에스티와 에스앤에스텍의 EUV 펠리클 투과율이 상용화를 논할 정도로 높아졌고 삼성전자도 자체 기술을 확보한 것으로 알려졌다.

 

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EUV 공정에서 펠리클을 사용하면 불량률을 낮출 수 있지만, 생산할 수 있는 양은 줄어들게 된다

 

TSMC가 투과율이 90% 이상이 아닌데도 펠리클을 사용하는 이유는 EUV 장비를 많이 보유하고 있기 때문이다

 

삼성전자는 TSMC 대비 EUV 장비 수가 적기 때문에 펠리클을 도입하기가 사실상 쉽지 않았을 것

 

양사가 보유한 EUV 장비 수를 공식적으로 발표한 적은 없지만, 업계에서는 지난해 기준으로

 

TSMC가 누적 50여 대, 삼성전자가 20여 대를 확보한 것으로 추정하고 있다.

 

삼성전자는 지난 6월 말부터 3 나노 공정 양산을 시작한 만큼, 펠리클 사용이 불가피할 것으로 보인다.

 

미세공정으로 갈수록 더 많은 포토마스크를 필요로 함에 따라 펠리클 또한 더 많은 수가 요구되기 때문이다.

 

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삼성전자는 투과율 90% 이상 ASML 펠리클 MK 4.0 양산을 기다리고 있다 

이와 함께 연말경 국내업체와 협력개발한 국산 펠리클을 사용예정이다.

아마도 투과율 90% 이상의 펠리클을 EUV공정에 적용하여 수율을 70% 이상 안정적으로 가져갈 수 있다면 TSMC보다 GAA 3 나노 선단공정을 먼저 도입한 삼성전자 파운드리에 대반격이 시작되지 않을까..