[비즈니스포스트] SK하이닉스가 극자외선(EUV) 노광장비를 적용한 D램 공정에 쓰이는 핵심소재 확보에 공을 들이고 있다.

차세대 D램 시장에서 삼성전자를 따라잡기 위해 반도체를 효율적으로 생산할 수 있는 기반을 마련하려는 것으로 풀이된다.
 

4일 일본 JSR 홈페이지에 따르면 SK하이닉스는 JSR의 자회사 인프리아와 차세대 D램 칩 제조를 위해 EUV 장비 사용에 필요한 금속산화물 레지스트(MOR)을 공동개발하기로 했다.

EUV 장비는 반도체 원판인 실리콘 웨이퍼에 미세회로를 그리는 장비로 초미세공정에 쓰인다. 

SK하이닉스가 인프리아와 금속산화물 포토레지스트(MOR)를 개발하는 것은 EUV 공정에서 생산품의 정밀도를 높이고 비용을 절감하기 위해서다.

인프리아는 기존 EUV장비에 활용되던 화학증폭형 포토레지스트(CAR)와 달리 폴리머(화학물질 화합물)를 활용하지 않고 금속산화물질에 기반한 포토레지스트와 관련한 광범위한 특허를 보유한 세계적 기업이다.

반도체업계에 따르면 금속산화물질 기반 포토레지스트를 활용하면 반도체를 만들 때 그리는 회로 선폭과 선 간격이 더 줄어들더라도 기존 포토레지스트보다 더 정확하고 깔끔하게 만들 수 있다는 장점이 있다.

금속물질을 활용하기 때문에 기존의 화학증폭형 포토레지스트보다 빛을 받아들이는 흡수율이 4배 가량 높기 때문이다. 

또한 EUV장비를 활용하는 노광공정 뒤 회로를 새기는 식각공정에서 기존 화학증폭형 포토레지스트보다 잘려 나가가는 비율이 적어 수익성 확보에도 도움을 준다는 특징도 지니고 있다.

BK 리 SK하이닉스 연구개발 프로세스 총괄은 “EUV 제조기술은 대단히 복잡하고 최첨단 소재가 필요하다”며 “금속산화물 포토레지스트는 차세대 첨단 D램을 제조하는 과정에서 성능과 제조비용이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 유용한 도구다”고 말했다.

SK하이닉스는 인프리아와 협력에 앞서 미국 반도체 장비 전문기업 램리서치와도 손잡고 EUV공정 기반의 D램 생산수율을 높이는 드라이레지스트 기술 도입도 추진한 바 있다. 첨단 D램 제품의 품질을 높이고 효율적으로 생산할 수 있는 기반 마련에 힘을 쏟고 있는 것이다.

드라이레지스트 기술은 반도체를 생산할 때 쓰이는 포토레지스트 소재를 액체가 아닌 건식으로 만들어 웨이퍼에 부착하는 방식을 말한다.

이 기술은 기존의 액체기반 포토레지스트를 활용할 때보다 전력 소모량이 적어 SK하이닉스의 첨단공정 D램 생산에 도움을 줄 것으로 평가받고 있다. 

이처럼 SK하이닉스가 EUV 공정 관련 핵심소재 확보에 힘을 주는 것은 삼성전자와 첨단 D램 공정에서 격차를 줄이기 위한 목적을 가진 것으로 분석된다. 

EUV장비는 과거에는 첨단 시스템반도체 파운드리(위탁생산)에 주로 활용됐었다. 그러다가 삼성전자가 2020년 반도체 업계에서 처음으로 D램(1세대 10나노 제품)을 대량생산하는데 EUV 장비를 적용하면서 활용범위가 넓어졌다.

그 뒤 SK하이닉스도 2021년 7월 10나노급 4세대 D램에 EUV 장비를 적용해 양산에 들어갔다.

반도체업계에 따르면 SK하이닉스는 올해 초부터 이천 M16공장에 새로운 EUV 장비 ‘NXE:3600D’를 설치해 모두 2대의 EUV장비를 가동하고 있는 것으로 파악된다.

삼성전자가 2017년부터 올해 말까지 확보하게 되는 EUV장비가 51대로 추산되는 점에 비춰 볼 때 EUV 장비 대수에서는 크게 뒤지는 것으로 파악된다. 

하지만 삼성전자가 시스템반도체 파운드리에서도 EUV장비들을 활용한다는 점에서 단순비교해서는 안 된다는 시선도 만만치 않다. 

SK하이닉스는 2025년까지 4조7500억 원 규모의 EUV를 도입하기로 계약을 맺은 것으로 알려져 있다. 차세대 D램 생산에서 삼성전자를 추격하기 위해 고삐를 죄고 있는 것이다.

네덜란드 반도체 장비업체 ASML이 유일하게 생산하는 EUV 장비의 1대 가격이 1500억 원~2천억 원에 달한다. 장비운반 및 설치비용까지 고려할 때 SK하이닉스는 2025년까지 최대 20대를 D램 공정에 추가 도입하는 것으로 추정된다.

다만 최근 중국 우시에 있는 SK하이닉스의 D램 반도체 공장에 EUV 장비를 들여오는 데 대해 미국이 중국을 견제하기 위해 반대하고 있어 SK하이닉스는 추가 장비확보에 더욱 어려움을 겪을 것으로 보인다. 

그런 만큼 SK하이닉스는 EUV 공정 관련 소재를 확보해 생산효율화에 박차를 가하려는 것으로 보인다. SK하이닉스는 올해 상반기 10나노급 4세대 D램 수율을 크게 끌어 올렸는데 EUV 소재를 강화하면 생산효율성과 품질을 더욱 높일 수 있을 것으로 예상된다. 

SK하이닉스는 EUV장비 확보뿐만 아니라 D램 시장점유율에서도 삼성전자와 격차를 좁혀야 하는 과제를 안고 있다. 

대만 시장조사기관 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 D램 시장 점유율에서 삼성전자는 43.5%(1위)를 보인 반면 SK하이닉스는 27.3%(2위)를 나타내며 점유율 격차가 지난해 4분기(12.6%포인트)와 비교해 16.2%포인트로 벌어졌다.

반도체업계 한 관계자는 “SK하이닉스가 EUV장비 확보나 시장 점유율에서 앞서 있는 삼성전자를 추격하기 위해 소재확보에 힘을 쏟으며 첨단공정을 고도화하려는 노력을 기울이고 있다”며 “차세대 D램의 수율과 정밀도가 앞으로 시장을 장악하는 중요한 열쇠가 될 것”이라고 말했다. 조장우 기자