반도체 업계 EUV 딜레마, 수율 낮은데 경쟁은 세지고…전기도 많이 먹네

ASML EUV 장비. /ASML 반도체 업계가 초미세공정 유일한 해법인 극자외선(EUV) 공정 딜레마에 빠졌다. 수율을 좀처럼 높이지 못하는 상황, 현재로서는 유일한 초미세공정 양산 방법이라 포기할 수도 없어서다. 지나치게 많은 전력 소비도 문제로 지적된다. 2일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 출시한 갤럭시S22에 자사 애플리케이션 프로세서(AP)인 엑시노스2200 대신 퀄컴 스냅드래곤8 1세대를 주력으로 탑재했다. 4나노 파운드리 수율이 기대치를 하회하면서 공급량을 충족하지 못했기 때문으로 알려졌다. 같은 삼성전자 파운드리 4나노에서 양산 중인 퀄컴 스냅드래곤8 1세대 역시 수율 문제가 불거지면서 차기작은 TSMC에서 만들어질 가능성도 제기된다. 비단 삼성전자 문제는 아니다. TSMC는 막대한 생산 능력을 바탕으로 리더십을 이어가고는 있지만, 3나노 도입을 늦추겠다고 선언하며 미세 공정 어려움을 토로한 바 있다. 삼성전자는 올해부터 3나노 공정 양산을 시작할 예정이다. 파운드리뿐만이 아니다. 삼성전자는 최근 직원들과 소통하는 '위톡'을 통해 경쟁업체 대비 수율과 미세공정이 뒤쳐지고 있다고 언급하며 위기감을 드러내기도 했다. 실제로 삼성전자는 14나노(1a) D램 양산에서 경쟁사 대비 늦어지며 우려를 낳은 바 있다. 기술 개발은 일찌감치 끝내고서도 EUV 양산 단계에서 수율문제가 발목을 잡은 탓으로 전해진다. 여전히 수율 문제를 해결하지 못했다는 주장도 이어진다. 그나마 SK하이닉스만이 1a D램을 비롯한 EUV 공정에서도 수율을 기대하는 수준으로 확보했다는 전언이다. 지난해 유일하게 D램 시장 점유율을 높이며 저력을 증명한 것. 안전개발제조총괄인 곽노정 사장을 중용하고 관련 팀을 신설하는 등 제조 부문에 힘을 쏟은 성과라는 평가다. 미세 공정 수율이 나오지 않는 가장 큰 이유는 EUV 장비 운용 난이도 때문이라는 분석이다. 파장이 13.5나노에 불과해 종전에 사용하던 ArF보다 훨씬 미세하고 정확하게 회로를 그릴 수 있는 대신, 제대로 사용하기도 쉽지 않다는 것. 당초 공정을 대폭 줄일 수 있다는 기대감이 컸지만, 오히려 수율을 확보하기 위해 공정을 늘리는 상황으로 전해졌다. EUV 장비는 전력 소모도 막대하다. 1대당 전력 소모량이 많으면 1MW를 넘어갈 정도다. ArF나 심자외선(DUV) 장비 대비 10배를 훌쩍 넘는 수준이다. EUV 공정을 사용해 미세도를 높이면 웨이퍼당 비트 생산량도 이전 공정 대비 몇배 늘어나면서 오히려 효율을 높이는 셈이 되지만, 수율을 제대로 확보하지 못하면 그마저도 불가능해진다. 산업계에 '넷제로'가 중요한 과제로 떠오른 가운데, EUV가 이를 방해할 수 있다는 얘기다. 선단 공정으로 수명도 길지 않다. 업계에 따르면 EUV 공정은 파운드리 2나노 수준, D램에서도 1c(12나노) 부터 한계에 직면한다. 각사 계획에 따르면 2025년 전후로 '포스트 EUV'를 준비해야 한다. 이미 ASML이 EUV를 개량한 '하이 NA'를 개발해 삼성전자와 인텔 등 글로벌 업체 도입을 확정했지만, EUV와 비슷한 구조를 유지하면서도 더 복잡해진 탓에 수율 문제를 바로 해결하기는 쉽지 않을 전망이다. 그렇다고 다른 방법을 찾기도 어려운 상태다. 한 때 이같은 문제로 DUV가 EUV를 대체할 대안으로 꼽히기도 했지만, 결국 구공정 효율을 높이는 용도로만 사용되고 있다. 선단공정 선점이 반도체 업계 경쟁력을 좌우하는 만큼, 효율이 떨어지더라도 EUV를 포기할 수도 없다. /김재웅기자 juk@metroseoul.co.kr