EUV : 나노 공정의 핵심이 열리다

[주식 이야기]

[현대차증권 스몰캡 곽민정] 
반도체 EUV 산업(OVERWEIGHT)
EUV : 나노 공정의 핵심이 열리다

삼성전자, TSMC, 인텔이 이끄는 EUV 시장
- 전세계적으로 클라우드, 통신, AI, Intelligent edge는 디지털 기술의 4대 핵심 동인(driver)으로, 점점 더 세계는 디지털화될 것. 이러한 디지털화(DX)의 흐름으로 인해, 데이터 용량이 폭증하고 있으며, 초고속, 안정성, 저전력, 무결점, 고수율의 GPU, CPU, AP 등 대용량 정보를 고속 처리할 수 있는 수요가 폭발적으로 늘고 있음. 이렇게 더 많은 정보를 처리할 수 있는 방안으로 EUV 공정이 도입되기 시작함. 글로벌 반도체 산업의 경쟁 국면에서 기술적으로 가장 중요한 요소 중 하나가 선단공정, 특히 초미세 패터닝 공정이 되고 있음. 초미세 패터닝 공정은 EUV 광원을 이용하여 반도체 기판 위에 새겨지는 전자 회로의 물리적 선폭을 10nm 이하로 축소시켜 실리콘 웨이퍼 위에 집적시키는 기술을 의미함. 반도체 공정이 물리적 한계에 부딪히면서, 초미세 EUV 공정 확보에 대한 기술 전쟁은 2030년 이후의 반도체 산업의 패러다임을 결정짓는 한 획이 될 것. 현재 전세계 반도체 업체 중 5nm 이하의 초미세 패터닝 장벽을 넘은 곳은 TSMC와 삼성전자뿐이며, 인텔이 High-NA에서 EUV 공정을 도입하려고 하고 있음.

EUV 공정상 필수적인 요소 – EUV PR, EUV 블랭크 마스크, 펠리클, 검사장비
- EUV는 파운드리, 메모리 등 광범위한 분야에서 적용되며, 특히 EUV 투입량 증가에 따라 웨이퍼와 레티클에서 추가적인 검사 장비가 요구되고 있고, 패터닝 공정상 EUV PR, EUV 블랭크 마스크와 펠리클이 핵심적인 요소임. Logic(Foundry)의 경우 7nm에서는 평균적으로 10개 이상의 EUV layer가 요구되며, 5nm에서는 2배 수준인 20개 이상이 필요한 것으로 전망됨. 3nm 공정의 경우 약 25개 정도의 EUV 레이어가 필요한 것으로 알려져 있음. DRAM의 경우 1y, 1z 노드에서는 1-2개의 EUV 레이어가 필요하지만 1a에서는 3-5개의 EUV 레이어가 요구됨. 적용 레이어가 증가할수록 관련되어 요구되는 펠리클도 증가하게 됨. 5nm의 경우, EUV 노광시 발생하는 결함의 최대 허용 크기는 ~50nm로, 노광 공정에서의 핵심은 파티클 오염 컨트롤에 달려있을 정도로 파티클 제어가 중요함. 반도체 업계는 이를 위해 1) 마스크 표면에 거의 0에 가까운 입자가 도달하도록 파티클을 최대한 컨트롤하거나, 2) EUV 펠리클을 사용하는 방식의 두 가지 형식을 사용하고 있음. 반도체 칩의 초소형화에 따라 미세선폭도 줄어들고 있어, 공정상 발생되는 Defect를 줄이기 위해 점차적으로 펠리클 사용량은 증가하게 될 것. 

EUV용 블랭크 마스크 시장의 개화
- 2021년 EUV 블랭크 마스크 글로벌 시장 규모는 전년대비 약 13% 증가한 1억 6,005만달러로 추산. EUV 블랭크 마스크는 제조공정상 난이도가 높으며, 특정 고객사향 제품을 일본 H사가 독점하다보니 단가 협상도 쉽지 않음. 그동안 국내 반도체 업체들은 일본 H사의 EUV 블랭크 마스크를 100% 사용해왔으며, H사의 블랭크 마스크 글로벌 시장 점유율은 70%에 이름. 그러나 국내 반도체 업체들은 공급 안정성 확보를 위해 블랭크 마스크 공급사 이원화를 추진해왔으며, 일본 A사가 2023년 글로벌 시장 점유율 20%를 확보하며 일본 업체들을 중심으로 이원화가 이루어지고 있음. 일본 A사는 2022년 1월 EUV 블랭크 마스크 생산능력을 2배 확대하기 위해 신규 생산설비 증축을 하고 있으며, 시장 점유율을 2025년 50%까지 높이겠다는 목표를 세움. 삼성전자를 필두로, SK하이닉스, 마이크론이 10nm급 DRAM 5세대 또는 6세대 제품으로 넘어가면서 EUV 공정을 양산 도입하겠다고 밝히고 있기 때문에, 이와 관련되어 메모리 시장에서도 적용되는 EUV 레이어 수가 늘어나면서 EUV 블랭크 마스크 비용 지출도 기하급수적으로 늘어날 것으로 전망됨. 국내 EUV 관련 업체 중, EUV 펠리클과 EUV 블랭크 마스크의 양산을 앞두고 있는 에스앤에스텍, EUV PR은 동진세미켐, EUV 검사장비는 파크시스템스 정도로 수혜가 예상됨

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