EUV 펠리클 도입에서도 앞서나가는 TSMC

 

삼성·TSMC·인텔, 이번엔 '반도체 펠리클 大戰'

디스플레이 산업이나 반도체 산업에서 가장 중요한 것 중에 하나가 가동률과 수율인것 같다. 가동률이 얼마나 나오느냐, 그리고 그 생산한 품목에서 양품 수율이 얼마나 나오느냐 따라 개당 고정비가 결정되고, 매출대비 이익이 남는 수준이 결정되기 때문이다. 특히 반도체의 경우 그 패턴의 폭이 몇 nm를 다투는 아주 미세한 공정이기 때문에 자그마한 이물 한개만 있더라도 불량이 되어버린다.

특히 EUV로 오면서 그 영향성은 더 커진다. 기존에 DUV의 경우 한개의 마스크에 빛을 투과시켜 마크스 모양대로 웨이퍼에 패턴을 그려줬다면, EUV 같은 경우는 IR 레이저를 마스크에 반사시켜 하다보니 마스크 표면에 자그마한 먼지라도 하나 앉으면 그대로 모두 불량이 되는 구조이다. 이를 방지해주기 위해서 EUV용 마스크에 먼지가 앉지 말라고 덮개를 하나 덮어주는데 이게 EUV 펠리클이다.

그런데 이게 그냥 덮개가 아니다. 먼지를 막아주는 덮개 주제 꽤나 고난도의 기술력을 요구한다. 일단 빛이 통과를 해야하기때문에 투과도가 높아야한다. 특히 EUV의 경우 흡수도가 다른 빛에 비해 높다고 하는데, EUV용 펠리클을 통과하면서 IR 레이저가 다 흡수되버리면 생산이 안되기 때문에 EUV 펠리클의 두께를 굉장히 얇게하여 만들어야한다.

 

두번째는 열에 대한 내성이다. 위에 언급하였지만 기존 DUV는 빛이 마스크를 통과하여 패턴을 그리는 구조지만, EUV는 빛을 반사시켜 패턴을 그리는 공정이다. 고로 IR 레이저는 펠리클을 통과 후 마스크에 반사되어 다시 펠리클을 통과하여 웨어퍼로 향한다. 즉, EUV 펠리클은 IR 레이저에게 두번 몸을 꿰뚫리는 것이다. 위 기사에 따르면 그 온도가 600~1200℃ 까지 올라갔다가 상온으로 복귀한다고 하니 열 내구성이 매우 좋아야한다. EUV 펠리클이 개당 3천만원 정도 한다는데 한번 EUV 돌리고 나서 열에 의해 파괴된다고 하면 누가 쓰겠는가...

 

어쨌든 이런 고난도 기술때문에 전세계적으로도 EUV 펠리클을 개발 혹은 상용화한 업체가 몇군데가 없는데 TSMC, ASML, 우리나라에 에프에스티, 에스앤에스텍, IMEC 라는 업체라고 한다. (우리나라 반도체 기업은 에스를 참 좋아하는것 같다) 다른 업체들은 반도체 장비 관련 업체려니 그려러니 하는데 반도체 완제품 업체인 TSMC가 뜬금없이 껴있다. 그것도 유일한 EUV 펠리클 상용화 업체로!

 TSMC 는 올해 6월 1일 기술 심포지엄을 열었는데, 해당 자료에 보면 위와 같은 내용이 있다. TSMC 자체적으로 EUV 펠리클을 개발하여 in-house, 즉 내재화하여 생산하고 있고, 19년도에 조금 만들어 (정확히 몇갠진 모른다 19년도 갯수를 기준치로 보고 년도별 배수를 표현한듯하다) 시험해보고 어 괜찮은데? 싶으니 20년도 5nm 양산과 발맞춰 본격적으로 수량을 늘리는 모양새이다. 21년에는 19년도의 20배를 만든다고 하는데, 아무래도 EUV 장비가 지속적으로 늘어나니 발맞춰 늘리는듯 하다.

 

EUV 마스크의 수명도 덕분에 쭉쭉늘어나고 있다. 19년도에는 EUV 마스크가 몇번 쓰면 망가지는 수준이었는데 EUV 펠리클을 도입하면서 그 수명이 약 4배정도 뛰었고, 지금은 DUV 와 비슷한 수준의 수명을 갖게되었다고 설명한다. EUV 마스크는 대당 가격이 3억원을 넘는다고 한다. 수명이 이렇게 늘어나면 웨이퍼당 EUV 마스크 고정비가 그만큼 절감되는 것이니 분명한 원가절감 요인이 될듯 하다. (물론 펠리클값이 더해지긴 하겠지만, TSMC는 EUV 펠리클 마저 내재화 하고 있으니 원가로 EUV 펠리클을 공급받을것이다)

 EUV 펠리클 덕분인지 (물론 100% 일린 없다) 20년도 부터 양산을 시작한 5nm 공정의 수율이 빠른속도로 안정화 되고 있다. 같은 기간 7nm 의 수율과 비교를 해두었는데 이미 대량 양산을 시작할때부터 수율이 7nm 보다 좋았고, 같은기간에 더 안정된 모습을 보여준다. TSMC 미세공정의 유일한 경쟁자인 삼성전자는...? 아직 EUV 펠리클 개발도 안된 상태이니 수율이 이보다 좋을리가 없다. 개인적으로 삼성전자, TSMC 두 기업 모두 투자를 하고 있지만, 객관적으로 봐도 TSMC가 파운더리는 한동안은 지속적으로 우위를 가져갈듯 싶다... 그래도 삼성전자 화이팅!