[미래기술25]EUV공정 생태계 구축 박차…삼성·SK도 활발

반도체 공정용 펠리클 (사진=미쓰이화학)

[이데일리 배진솔 기자] 극자외선(EUV) 공정을 활용하는 분야가 늘어나는 가운데 관련 생태계 구축에도 속도가 붙고 있습니다. EUV 장비를 독점생산하는 네덜란드 ASML은 소재 분야에서도 성과를 냈고 삼성전자(005930)와 SK하이닉스(000660)도 소재·부품·장비(소부장) 내재화에 작업에 박차를 가하고 있습니다. 업계에서는 EUV공정 활용의 효율을 높이기 위해서는 소부장 생태계 확보가 필수적이라고 입을 모읍니다.

최근 ASML이 미국 테러다인과 투과율 약 88%의 펠리클을 개발했습니다. 펠리클은 포토마스크의 오염 방지와 수명 연장을 위해 씌우는 얇은 박막입니다. 포토마스크는 반도체 회로패턴을 그린 유리기판으로 오염 시 불량률이 크게 늘어납니다. 때문에 그 위에 펠리클을 씌우면 대기 중 오염물질로부터 포토마스크를 보호할 수 있습니다. 동시에 포토마스크의 수명을 연장하는 역할도 해 노광공정에 있어 핵심적인 제품으로 손꼽힙니다.

하지만 삼성전자와 TSMC 등은 기술적 한계로 그동안 EUV 공정에서 펠리클 없이 반도체를 생산해왔습니다. 기존 불화아르곤(ArF)과 달리 광원을 반사하는 방식이어서 더 높은 투과율의 펠리클이 필요하기 때문이죠. 이번에 ASML이 개발한 88%투과율의 펠리클은 일본 미쓰이화학을 통해 양산화 작업에 돌입할 예정입니다. ASML은 투과율 95% 제품이 나올 때까지 연구개발(R&D)을 이어갈 계획입니다.

ASML은 EUV용 포토레지스트(PR) 개발에도 박차를 가하고 있습니다. PR은 반도체 회로를 인쇄할 때 쓰이는 감광액입니다. 현재 JSR 신에츠화학 도쿄오카공업(TOK) 등 일본 업체가 독점하고 있습니다.

(그래픽=이데일리 김정훈 기자)

현재 국내에서도 지난 2019년 일본의 수출규제 이후 소부장 분야에서 정부 지원을 받아 크고 작은 변화가 일어나고 있습니다. 수출 규제 이전 EUV용 PR은 TOK, 신에츠 등 일본 기업이 약 92%를 점유하고 있었습니다. 현재는 미국의 화학소재 기업 듀폰이 충남 천안에 EUV용 PR 생산공장을 구축하기로 했습니다. 또 해외의존도가 90%에 달했던 ArF PR에 대한 양산 체제 구축도 활발합니다. 국내 소재기업 동진쎄미켐은 지난해 ArF PR 생산 공장 증설을 확정했으며 EUV용 생산 기술도 개발하고 있습니다. SK머티리얼즈도 올해 생산시설을 준공하고 2022년부터 연간 5만 갤런 규모의 ArF PR을 생산할 예정입니다.

또 국내에서도 에프에스티와 에스앤에스틱이 펠리클 개발에 박차를 가하고 있습니다. 양사는 각각 삼성전자로부터 2020년 660억원, 2021년 430억원의 투자를 받았습니다. 삼성전자는 현재 EUV 사용처를 확대하고 있기때문에 전용 펠리클 확보 의지가 강한 상태입니다. 이 투자로 에프에스티는 최근 매출액 대비 R&D투자 비용을 확대하고 있습니다. 2017년 41억6500만원, 2018년 52억4600만원, 2019년 58억4100만원입니다. 올 상반기 내 EUV용 펠리클 시제품 생산이 목표입니다. 에스앤에스텍도 시설 투자에 100억원 이상을 투입한 상황입니다.

SK하이닉스는 국내 불산 제조 기업인 램테크놀러지와 협력해 이천·청주·중국 우시 공장에 국산 불화수소 공정을 투입하고 있습니다. 불화수소는 웨이퍼에 묻는 불필요한 산화막 찌꺼기를 씻어내는 세정제입니다. SK하이닉스의 도움을 받아 램테크놀러지는 기체 형태의 에칭가스 양산을 위한 공장 증설을 준비 중입니다.

업계 관계자는 “하이엔드 공정을 위해 소모성 부품과 소재에 대한 수요가 더욱 확대될 것”이라며 “미세공정화가 진행되면서 국내 대기업들도 소자 성능을 향상시킬 수 있는 소재에 대한 고민이 커지고 있다”고 말했습니다.