삼성전자, EUV 기반 5나노 공정 개발···대만 1위 업체 바짝 추격

7나노 대비 면적 25%↓···전력효율 20%·성능 10%↑

세계 최초 EUV 적용 7나노 제품 이달 중 출하

삼성전자가 극자외선(EUV) 기술을 기반으로 '5나노(㎚) 공정' 개발에 성공하며 파운드리 사업에서 세계 1위인 대만 TSMC를 바짝 추격하게 됐다.

5㎚ 공정은 셀 설계 최적화를 통해 기존 7㎚ 공정 대비 로직 면적을 25% 줄이고, 전력효율은 약 20% 개선할 수 있다. 성능도 10% 향상된다.

삼성전자는 5㎚ 공정 개발과 더불어 7㎚, 6㎚ 양산도 본격화하는 등 초미세 공정 포트폴리오 확대를 통해 파운드리 기술 리더십을 강화한다는 전략이다.

◆ 미세공정 경쟁 치열

파운드리란 타 업체에서 개발, 설계된 반도체를 생산만 담당하는 위탁생산 전문업체를 의미한다. 지난해 전 세계 파운드리 시장에서 대만 TSMC가 48.1% 점유율로 시장 1위를 기록했고, 삼성전자는 19.1%로 2위를 차지했다. 파운드리 산업에서 미세공정 기술 확보는 시장 점유율 확대를 위한 주요 이슈다.

회로의 선폭 크기를 작게 할수록 똑같은 크기의 웨이퍼에서 더 많은 반도체를 만들 수 있어 생산성은 높아지고 가격은 저렴해지기 때문이다. 삼성전자는 이를 위해 EUV 공정을 적용하고 있다.

EUV 광원은 기존 불화아르곤(ArF)의 1/14 미만에 불과해 보다 세밀한 반도체 회로 패턴 구현에 적합하고, 복잡한 멀티 패터닝 공정을 줄일 수 있어 반도체의 생산성과 성능을 동시에 확보할 수 있다.

특히 이번 5㎚ 공정은 7㎚ 공정에 적용된 설계 자산(IP·Intellectual Property)을 활용할 수 있어 기존 7㎚ 공정을 사용하는 고객은 5㎚ 공정의 설계 비용을 줄일 수 있다.

삼성전자는 5㎚뿐만 아니라 이달 중 업계 최초로 EUV 공정을 적용한 7㎚ 제품을 출하한다는 방침이다. 또 올 하반기 양산을 목표로 6㎚ 제품 설계를 완료할 계획이다. 6㎚ 공정 기반 제품에 대해서는 대형 고객과 생산 협의를 진행하고 있다.

◆ 반도체 생태계 강화

삼성전자가 첨단 초미세 공정 파운드리 생산의 핵심 기술을 확보함에 따라 국내 시스템 반도체 생태계도 강화될 전망이다. 파운드리 사업은 반도체 장비, 소재, 디자인, 패키징, 테스트 등 다양한 전문 업체들이 함께 성장해야 하므로 전후방 연관 효과가 크다.

삼성전자는 1장의 웨이퍼에 여러 종류의 반도체 제품을 생산하는 '멀티 프로젝트 웨이퍼(MPW) 서비스'를 최신 5㎚ 공정까지 확대 제공해 고객들이 보다 편리하게 최첨단 반도체를 제작할 수 있도록 지원한다.

또 삼성전자 파운드리 지원 프로그램인 '삼성 어드밴스드 파운드리 에코시스템(SAFE TM)'을 통해 IP 외에도 공정 설계 키트(PDK), 설계 방법론(DM), 자동화 설계 툴(EDA) 등 5㎚ 공정 기반 제품 설계를 돕는 디자인 인프라를 제공한다. 팹리스(Fabless) 고객들은 이를 활용해 보다 쉽고 빠르게 제품을 설계할 수 있고, 신제품 출시 시기도 앞당길 수 있다.

배영창 삼성전자 파운드리사업부 전략마케팅팀 부사장은 "삼성전자의 EUV 기반 최첨단 공정은 성능과 IP 등에서 다양한 강점을 갖고 있어 5세대 이동통신(5G), 인공지능(AI), 전장 등 신규 응용처를 중심으로 높은 수요가 예상된다"며 "첨단 공정 솔루션으로 미래 시스템 반도체 산업을 이끌어 나갈 것"이라고 말했다.

한편 삼성전자는 최신 파운드리 생산시설인 화성캠퍼스 S3라인에서 EUV 기반 최첨단 공정 제품을 생산하고 있으며, 현재 건설 중인 화성캠퍼스 EUV 전용 라인을 2020년부터 본격 가동할 계획이다.
 

경기 화성캠퍼스 EUV 라인 조감도. [사진=삼성전자 제공]