반도체 리소그래피 관련 신기술 및 신소재가 잇따라 등장하고 있다.
일본에서는 도쿄일렉트론(Tokyo Electron)과 알박(Ulvac)이 최첨단 EUV(극자외선) 프로세스에서 미세한 패턴 형상의 파괴를 억제하는 차별화 기술을 개발했다.
개발 경쟁이 치열한 EUV 레지스트는 보급이 시작된 단계이나 반도체 노광기 성능이 향상됨과 동시에 요구 특성이 계속 변화하고 있다.
이에 따라 EUV 광원 출력이 2배 이상으로 향상돼 첨단 디바이스 생산량이 대폭 증가하면 승부가 갈려 소재 생산기업이 줄어들 것으로 판단되고 있다.
시장이 성숙된 KrF(불화크립톤), 파장이 365나노미터인 i선 대응 제조장치 및 소재도 사물인터넷(IoT) 수요 호조에 따라 고성장을 계속할 것으로 예상된다.
일부에서는 메모리 시장 성장이 둔화될 것이라는 의견을 제기하고 있으나 일본기업들은 적극적인 공세를 계속하고 있다.

EUV 프로세스용 패턴파괴 대응기술 개발
일본 반도체 장치 및 소재 생산기업들은 독자적으로 개발한 차별화 기술이 호조를 나타냄에 따라 당분간 안정적인 성장을 계속할 것으로 기대하고 있다.
EUV 프로세스는 공정이 진행될 때마다 레지스트 패턴 파괴 가능성이 높아지며, 특히 세정 후 건조공정에서는 표면장력이 작용해 패턴 파괴 리스크가 더욱 상승하는 것으로 파악되고 있다.
도쿄일렉트론은 표면장력이 0에 가까운 초임계 건조기술을 도입한 세정장치를 개발해 호평을 받고 있으며, 최근 성장이 기대되는 신규 불휘발성 메모리인 PCRAM(Phase-Change RAM) 제조공정 적용을 추진하고 있다. PCRAM은 화합물 결정과 비정질 상태의 전기저항 차이를 이용한 상변화 메모리이다.
패턴 파괴 대책으로는 알박의 MHM(Metal Hard Mask)용 스패터 장치도 주목받고 있다.
레지스트 수지만으로는 에칭이 끝날 때까지 미세한 패턴을 유지하기 어려움에 따라 패턴을 스패터로 형성한 티타늄계 하드마스크에 전사해 에칭 내성을 향상시킨 것으로, 미국기업이 독점했으나 2019년 신규 진입한 알박이 시장점유율 1위로 올라섰다.
알박은 PCRAM에 필수적인 높은 막 형성 품질을 실현하기 위해 타깃과 스패터 장치를 세트로 공급할 수 있는 강점이 있어 도쿄일렉트론과 마찬가지로 EUV 리소그래피 뿐만 아니라 미국 반도체 메이저가 주력하고 있는 PCRAM 시장 공략을 강화하고 있다.
EUV 리소그래피는 노광기 처리성능이 향상됨에 따라 디램(DRAM) 공장에도 보급되고 있다.
EUV 광원 출력이 약하고 포토마스크 방진커버인 펠리클이 보급되지 않은 현시점에서는 낮은 생산성과 코스트가 문제시되고 있으나 앞으로는 광원출력이 500와트 이상으로 상승해 해상도 및 패턴형상(LER/LWR)이 개선되고 생산성이 대폭 향상될 것으로 예상되고 있다.
최대 메이저인 삼성전자는 차세대 프로세스 디램용으로 EUV 노광기 도입을 추진하고 있고, SK하이닉스는 2021년부터 EUV 노광기 도입을 확대하고 있다.

첨단 프로세스용 설비투자 가속화
세계에서 유일하게 EUV 노광기를 생산하고 있는 네덜란드 ASML은 2021년 4-6월 전체 매출에서 EUV 노광기가 차지하는 비율이 45%로 1-3월에 비해 9%포인트 상승한 것으로 나타났다.
EUV 노광기는 가격이 대당 1000억원 안팎에 달하고 있음에도 불구하고 공급이 수요를 따라가지 못해 품귀현상이 계속되고 있다.
ASML은 도쿄일렉트론, 벨기에 IMEC(Interuniversity Microelectronics Center)와 공동으로 프로세스 미세화, 생산성 향상을 위해 렌즈 개구도를 0.33에서 0.55로 높이는 기술을 개발하고 있으며 2023년 무렵 신규 장치 가동을 목표로 하고 있다.
노광기에 연결되는 도포장치는 에칭 내성이 높은 금속 레지스트에도 대응할 수 있어 레지스트 시장에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다.
광원출력은 500와트에 육박하며 가격은 수천억원에 달할 것으로 예측되고 있으나 ArF(불화아르곤) 다중노광과 비교해 상대적으로 저렴하고 3나노미터 이하 프로세스의 첨단 디바이스를 생산할 수 있는 이점도 부각되고 있다.
최근에는 반도체 노광기가 진화함에 따라 다양한 고순도 약품 개발이 잇따르고 있다.
일본이 시장을 과점하고 있는 EUV 레지스트는 최근 성장이 본격화됨에 따라 생산기업들이 신증설에 박차를 가하고 있다.
JSR은 한국에 이어 타이완 수요가 증가할 것으로 예상하고 증설을 추진하고 있으며 TOK는 2021년 상반기 매출이 70% 증가한 것으로 파악되고 있다.
EUV 시장점유율 1위를 목표로 하고 있는 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)은 오사카(Osaka) 공장에 EUV 및 ArF 액침 레지스트 라인을 증설함과 동시에 한국 자회사 동우화인켐도 ArF 액침 레지스트 생산설비를 새롭게 도입할 계획이다.
앞으로는 스마트폰 등에 탑재하는 프로세서에 3나노미터 이하의 미세 프로세스가 적용됨으로써 트랜지스터 구조, 배선을 포함한 소재가 변화할 것으로 예상된다.
이에 따라 성장이 확실시되고 있는 레지스트 주변의 세정, 박리, 부식액 등은 개발 경쟁이 치열해지고 있으며, 특히 세정제 시장에서는 로직 메이저를 확보하기 위한 경쟁이 심화되고 있다.
아데카(ADEKA)는 EUV용 광산발생제(PAG) 생산능력을 2배 확대하기 위해 치바(Chiba) 공장에 2억엔을 투입해 금속 함유량이 적은 생산설비를 구축하고, 차세대 D램용 고유전율 캐퍼시터 소재 생산을 확대하는 등 고부가가치제품을 강화하고 있다.
EUV 노광기의 생산성 향상에 필수적인 펠리클은 미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)이 ASML로부터 조립설비를 양도받아 독점 공급하고 있다.
펠리클이 보호하는 블랭크마스크 역시 일본 호야(HOYA)와 AGC가 과점하고 있으며 모두 설비투자를 계속하고 있다. 호야는 2021년 4-6월 매출이 70% 폭증했으며 AGC는 2021년 전체 매출이 50% 확대된 것으로 추정하고 있다.

KrF, IoT‧자동차용 시장 확대로 고성장
반도체는 최근 첨단 프로세스 뿐만 아니라 성숙단계에 들어선 이전 프로세스용 장치 및 소재 수요도 계속 늘어나고 있다.
EUV 노광기는 ASML이 독점하고 있으나 KrF 노광기는 캐논(Canon)이 시장을 장악해가며 1-6월 판매대수가 2배 이상 늘어 2020년 25대에서 2021년 39대로 증가하고, i선 노광기 판매대수도 97대에서 110대로 늘어난 것으로 추정되고 있다.
KrF 프로세스는 낸드(NAND)형 플래시메모리 다층화 경쟁에 따라 시장이 확대되고 있으며, 중고 KrF 장치 판매가 증가하면서 KrF 레지스트도 고성장을 계속하고 있다.
TOK는 2021년 KrF 레지스트 매출이 20% 늘었으며 시장점유율도 상승한 것으로 파악되고 있다. (J)