삼성전자가 고성능 반도체 생산에 필수인 극자외선(EUV) 기술을 활용해 D램시장 주도권을 이어나갈 것으로 전망된다.

삼성전자는 파운드리(반도체 위탁생산)분야에서 세계 1위 기업 TSMC와 누가 더 미세한 반도체 회로를 만들 수 있느냐를 두고 쫓고 쫓기는 대결을 벌여 왔다.
 

이 과정에서 확보한 반도체 미세공정 역량은 이제 삼성전자 메모리반도체사업에도 적용돼 다른 기업들과 차이를 벌리는 데 기여하고 있다.

29일 삼성전자에 따르면 올해 생산을 시작하는 4세대 10나노급(1α) D램이 경쟁사들의 동급 제품보다 성능과 가격 경쟁력에서 우위에 설 것으로 예상된다.

1나노(nm)는 10억 분의 1m를 말한다. 4세대 10나노급은 10나노 초반대 회로 폭을 구현해 현존하는 D램 가운데 가장 미세한 회로를 갖춘다는 뜻이다.

반도체는 회로가 가늘어질수록 전력 효율이 높아진다. 4세대 10나노급 D램은 이전 세대 제품과 비교해 큰 폭의 성능 개선을 보여줄 수 있다.

다만 4세대 10나노급 D램의 생산시점만 놓고 보면 삼성전자가 다른 기업과 비교해 앞서 있다고 보기 어렵다.

미국 마이크론이 반도체업계 최초로 4세대 10나노급 D램 제품을 대량 출하했다고 26일 밝혔기 때문이다. 마이크론은 이 제품이 이전 공정과 비교해 메모리 밀도가 40% 향상됐다고 설명했다.

세계 D램 점유율 1위인 삼성전자가 3위 마이크론에 기술적으로 따라잡힌 게 아닌지 우려하는 시선이 나올 수 있는 대목이다.

그러나 삼성전자와 마이크론의 D램은 극자외선 기술의 활용도 측면에서 분명한 차이가 존재한다.

삼성전자는 극자외선 기술을 활용해 4세대 10나노급 D램 양산을 추진하고 있다. 반면 마이크론은 아직 반도체 생산에 사용할 만큼 극자외선 기술을 발전시키지 못한 것으로 파악된다.

실제로 마이크론은 이번 4세대 10나노급 D램 출하를 알리면서 “우리는 여러 복잡한 이유로 아직 극자외선을 도입하기 적당한 시기가 아니라고 본다”며 “극자외선의 시대는 오겠지만 마이크론의 4세대 10나노급 공정을 위한 솔루션은 아니다”고 말했다.

극자외선 기술은 반도체 회로를 그리는 노광공정에서 기존 광원보다 파장이 짧은 극자외선을 활용해 더 미세한 회로를 만드는 방식을 말한다. 

불화아르곤(ArF)레이저 등 기존 광원을 이용했을 때는 반도체 회로가 미세해질수록 회로를 한 번에 새기기 어려워져 노광공정을 많이 반복해야 했다. 자연히 생산비용이 늘고 수율(생산품 대비 양품 비율)이 낮아질 수밖에 없다.

하지만 삼성전자는 극자외선을 활용함으로써 회로를 새기는 작업을 반복하는 멀티패터닝 공정을 줄이면서 정확도를 높일 수 있게 됐다. 이는 생산 효율성 향상으로 이어졌다.
 

삼성전자에 따르면 극자외선으로 만든 4세대 10나노급 D램은 1세대 10나노급(1x) D램보다 12인치(300mm) 웨이퍼당 생산성이 2배 늘어난다.

애초 삼성전자는 극자외선 기술을 시스템반도체 쪽에서 먼저 적용해 왔다. TSMC와 미세공정 싸움에서 승기를 차지하기 위해서였다.

삼성전자 파운드리사업부는 2019년 초 TSMC보다도 먼저 극자외선 기반 7나노급 반도체를 양산하는 데 성공했다. 최근에는 5나노급 반도체 양산에 들어갔다. 

삼성전자는 이런 극자외선 관련 노하우를 메모리반도체 분야에서도 활용해 상승효과를 얻은 것으로 보인다.

물론 극자외선 기반 D램이 삼성전자의 것만은 아니다.

SK하이닉스는 극자외선 장비를 갖춘 이천사업장 M16공장에서 D램 생산을 준비하고 있다. 2월 M16 공장을 준공한 뒤 6월부터 4세대 10나노급 D램 등을 양산하기로 했다. 또 5세대 10나노급(1β) D램부터 극자외선 적용을 본격화한다는 방침을 세웠다.

하지만 반도체업계에서는 삼성전자가 극자외선 활용에 앞서 있는 만큼 SK하이닉스나 마이크론 같은 경쟁기업들이 기술격차를 따라잡기는 쉽지 않다고 본다.

이재윤 유안타증권 연구원은 “2022년 하반기부터는 극자외선 D램이 주류로 자리잡을 것으로 전망된다”며 “삼성전자와 후발업체들의 기술격차는 재차 확대될 것이다”고 바라봤다. [비즈니스포스트 임한솔 기자]