[디지털투데이 양대규 기자] 삼성전자가 세계 최초로 ASML의 EUV(극자외선) 노광 공정을 이용한 반도체 칩을 생산했으나, 최근 EUV를 이용한 대량 생산은 TSMC가 주도하고 있는 모습이다. 업계 관계자들은 삼성전자의 파운드리 기술력이 TSMC에 비해 떨어지지는 않지만, 순수 파운드리 기업인 TSMC에 비해 생산량은 떨어지는 것으로 보고 있다.

앞서 TSMC는 보도자료를 통해 여러 고객이 주도하는 7nm EUV 라인인 N7+의 수요를 충족시키기 위해 용량을 신속하게 구축해 왔다고 밝혔다. 또한 아레테 리서치의 선임 분석가인 짐 폰타넬리는 "TSMC는 EUV 팩을 확실히 주도하고 있다"고 말했다.

폰타넬리에 따르면, TSMC는 현재 3개의 레이어의 N7+ EUV 공정이 리드를 하고 있으며, 하반기 EUV 사용량이 약 15개 레이어를 추가한 5nm 공정, 2020년 말에는 4개 층을 증가한 6nm 공정 업그레이드가 있을 전망이다.

폰타넬리는 “AMD는 7nm의 웨이퍼 가용성이 제한적이기 때문에 7nm 이상의 TSMC의 핵심 고객일 것으로 보인다”며, “5nm에서는 화웨이가 애플에 이어 선두로 올라섰고, 두 회사는 다이 사이즈 혜택과 정상적인 전력 및 속도 향상을 추구할 것”이라고 설명했다. 이어 그는 “미디어텍이 7nm의 지속적인 웨이퍼 사용 가능으로 인해 TSMC의 6nm 노드의 선도 고객일 가능성이 높다”고 덧붙였다.

차세대 파운드리 산업에 EUV 필수…"생산주기 단축"

앞서 파운드리 사업에서 TSMC의 주요 경쟁사인 삼성전자는 EUV는 구현하기 어렵지만, 반도체 칩의 보다 정교한 기능 생산에 EUV가 필수적으로 될 것이라고 밝힌 바 있다.

EE타임즈에 따르면, EUV 노광 공정의 파워는 최소 250W가 필요해, 다른 전통적인 노광 방식보다 비용이 많이 든다. 이머전 노광 장비는 90W, 건식 ArF(불화수소)는 45W, CrF(불화크롬)는 40W가 필요하다. 또한 차세대 장비인 하이 NA-EUV 노광장비는 최소 500W의 파워가 필요할 것으로 예상된다.

전문가들은 EUV가 7nm와 더 진보된 노드에서 칩을 만드는 데 드는 치솟는 비용을 상쇄하는 주요 이점을 제공한다고 보고 있다. EE타임즈는 “삼성전자에 따르면 EUV는 마스크 수준을 약 20% 줄여 생산 주기를 단축한다고 한다”며, “EUV 공정을 활용하는 칩 설계자는 193nm 이머전 노광장비를 사용해 3~4중 패터닝 기법을 피할 수 있다”고 전했다.

폰타넬리에 따르면, 삼성전자는 지난해 말 7LPP 노드를 탑재한 EUV를 도입했으며, 내부적으로 삼성전자의 애플리케이션프로세서(AP)와 퀄컴 제품에 생산량이 사용됐을 가능성이 있지만 대량 생산은 아닌 상황이다. 그는 “삼성전자는 내년에 6nm, 2021년에 5nm의 EUV 개발 계획을 세우고 있다”고 말했다.

폰타넬리는 "중요한 문제는 웨이퍼 양”이라며, “삼성은 휴대폰 AP에 대해 내부 볼륨이 보장돼 있지만, 주요 고객인 퀄컴을 비롯한 제한된 고객 수준을 가졌다"며, “삼성은 퀄컴 사업 일부를 TSMC에 빼앗길 수도 있다”고 강조했다.

현재 EUV 생산 로드맵을 밝힌 회사는 TSMC, 삼성, 인텔 등 3개 칩 제조사가 전부다.

폰타넬리는 "인텔은 2021년쯤 될 7nm에서 EUV에 완전히 전념한 것으로 보인다"며, "공정 요구사항 차이로 인해 5nm의 TSMC보다 계층 수가 더 적을 것으로 예상되며, 아마도 10개 미만일 것”으로 전망했다.

인텔, EUV 경쟁의 다크호스 될까?

전문가들은 인텔이 파운드리 EUV 경쟁의 다크호스가 될 것으로 보고 있다.

댄 후치슨 VLSI 리서치 대표는 "셋 중 인텔은 수수께끼(enigma)"라며, "인텔은 지난 몇 년 동안 EUV 연구에 가장 적극적이었다. 인텔은 EUV를 자랑할 마케팅이 필요 없기 때문에 제조에 대한 준비를 확신하기 전에는 발표하지 않을 것”이라고 말했다.

브라이언 마타스 IC인사이츠 부사장은 “인텔의 7nm 세대는 2017년 도입 예정이었으나 14nm와 10nm의 지연으로 7nm MPU의 출시가 2021년으로 늦춰졌다”며, “인텔 임원들이 2019년 5월 자사의 7nm 기술이 TSMC가 계획하고 있는 5nm 공정의 성능에 도전할 것이라고 주장했다”고 말했다.

또 다른 전문가들은 EUV가 노광 공정 전체에서 광범위한 채택이 되기까지는 수년이 걸릴 것으로 보고 있다. 자본이 부족한 다른 반도체 제조업체들은 기존의 노광 장비를 계속 사용하면서, 12nm보다 큰 반도체 칩을 계속 생산할 전망이다.

린리 그룹의 수석 분석가인 린리 그웬납은 "EUV는 초미세 공정에 필요하기 때문에 대부분의 레이어에 대해 다른 노광 장비 사용을 계속할 것"며, "TSMC는 7nm+에서 4개 레이어에 EUV를 사용하고, 차세대 5nm 공정은 14개 레이어에 EUV를 사용한다. 트랜지스터의 크기가 계속 줄어들면서 더 많은 층을 위한 EUV가 필요하다"고 말했다.

그는 "TSMC는 7nm+ 수율이 좋다고 하지만 7nm+ 프로세서가 장착된 휴대폰은 아직 보지 못했다"며, “화웨이의 초기 메이트 30폰이 7nm+ 5G 버전이 아닌 7nm 키린 990을 사용한다”고 지적했다. 이어 그는 “이와는 대조적으로 삼성은 8월부터 노트10에 7nm의 EUV 칩을 탑재하고 있어 수율이 적당할 것”이라며, "인텔은 빨라도 2021년 말에 첫 EUV 제품이 나올 예정이어서 적어도 2년 뒤처져 있다"고 덧붙였다.