美·日은 첨단 EUV로 반도체 연구하는데, 한국은…

ASML EUV 노광장비 'NXE:3400'(사진=ASML)

미국과 일본이 정부 주도로 초미세 회로에 필수인 '극자외선(EUV)' 노광장비를 민관 연구소에 도입하는 방안을 추진하고 있다. EUV는 수천억원에 이르는 고가의 장비로, 첨단 기술 확보와 산업 생태계 강화에 공격적인 투자를 단행해 주목된다.

25일 업계에 따르면, 미국 국가반도체기술센터(NSTC)는 뉴욕주 소재 올버니 나노테크 단지에 EUV 노광장비 반입을 완료했다. 센터는 다음달부터 기업 대상으로 EUV 서비스를 제공할 계획이다.

NSTC는 미국 정부가 50억달러(약 6조8000억원)를 투자, 지난해 2월 설립한 연구소다. 반도체 제조사, 소재·부품·장비(소부장) 기업 연구개발(R&D)에 필요한 자원들을 제공하는 역할을 한다.

EUV 노광장비를 도입한 건 초미세 반도체 기술 개발을 촉진하기 위해서다. EUV는 10나노미터(㎚) 이하 반도체 회로 구현에 필수로, 대당 가격이 2000억원(NA 0.33 기준)을 훌쩍 넘길 정도로 고가다.

유지 보수 비용도 연간 200억~300억원에 달해 삼성전자, SK하이닉스, TSMC, 인텔 등 소수의 일부 기업만 보유하고 있다.

가격서부터 진입 장벽이 높기 때문에 소부장 기업이 구매하거나 활용하는 건 언감생심이다. 벨기에 아이멕(imec) 같이 개방형 연구를 표방하는 곳에 연구인력이나 소재 등을 보내야 한다.

미국 NSTC는 아이멕과 같은 기능을 자국 내에서 수행하기 위해 마련됐다. 미국 반도체 기업에 필요한 자원들을 제공, 기술 경쟁력을 강화하는 목적이다.

실제 NSTC에는 엔비디아·인텔·애플·AMD·마이크론 뿐 아니라 글로벌웨이퍼스·솔에폭시·키사이트·크리스탈 소닉·캑터스 머티리얼즈 등 미국 소부장 기업, 연구기관 및 대학 등 100여곳이 회원으로 참여하고 있다.

NSTC는 한 발 더 나아가 내년에는 5000억원에 육박하는 차세대 장비 '하이 NA EUV 노광장비'도 도입할 계획이다. 시스템 반도체 기준 2㎚ 이하 공정에 필요한, 훨씬 고성능의 장비다.

일본도 정부가 나서 EUV 장비 도입을 통한 기술경쟁력 강화를 추진하고 있다.

일본 정부는 국립 연구기관인 산업기술종합연구소(AIST)에 EUV 노광장비를 갖춘 R&D 시설을 만들고 있다. 2027년 운영이 목표다. 반도체 소부장 강국으로 꼽히는 일본도 EUV 노광장비를 국가 연구기관에 도입하는 건 처음이다.

일본은 한발 더 나아가 인텔과 손 잡았다. 인텔은 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 같은 시스템 반도체 뿐만 아니라 반도체를 위탁 생산하는 파운드리 사업도 진출, 이들 분야에서 일본과 협력해 기술 경쟁력을 확보하려는 의도다. 일본은 인텔을 통해 첨단 반도체 분야에서 소부장 시장을 주도하려는 배경으로 해석된다.

용인 반도체 클러스터 내 미니팹 배치도 (사진=산업통상자원부)

반면 국내서 정부 주도로 추진되는 민관 연구는 미국, 일본과 차이를 보인다.

2년 전 정부는 최첨단 장비를 갖춘 '한국형 아이멕' 구축 계획을 발표했지만 사실상 중단된 상태인 데다, 최근 산업통상자원부와 SK하이닉스, 일부 반도체 기업이 협력해 용인에 구축하는 '미니팹(트리니티 팹)'도 미일과는 격차가 있다. 이 미니팹에는 EUV 노광장비가 아닌 '불화아르곤(ArF) 이머전' 장비 도입이 추진되고 있어서다.

ArF는 현재 반도체 업계에서 가장 많이 사용되는 장비다. 하지만 기술적 특성으로 10㎚ 이하 회로 구현이 어렵다. 미국과 일본, 선진 기업들이 앞다퉈 초미세 회로를 위해 EUV 장비를 구매하는 것과 대조적이다. 미니팹 전체 장비 구입 예산은 3000억원으로 파악됐다. EUV 도입이 사실상 불가능한 현실이다.

SK하이닉스가 참여하기 때문에 회사가 보유한 EUV 장비를 활용하는 방안도 기대할 수 있다. 미니팹을 준비 중인 한 관계자는 “'양산연계형 테스트 베드'를 지향하는 만큼 ArF 장비를 통해 검증한 소재를 SK하이닉스 EUV 장비에서 최종 검증할 수 있도록 지원할 계획”이라고 말했다. 그러나 양산설비라는 점에서 다른 기업이나 기관이 이용하는데 제약이 따를 수 밖에 없다.

업계 관계자는 “반도체 제조사에 품질 평가를 의뢰하려 해도 최소한의 품질 기준을 넘어야 하는데 EUV 장비 없이 R&D를 수행하는 데는 한계가 있다”며 “국내 기업의 EUV 경쟁력 강화를 위해서는 정부의 과감한 투자가 필요하다”고 말했다.

현재 산업부는 미니팹 운영을 위한 비영리재단 설립을 추진하고 있다. 이 재단을 통해 구체적 실행 방안이 마련될 전망이다. 국내 산업계의 경쟁력 강화를 도모할 기반이 갖춰질 지 귀추가 주목된다.

국가별 정부 지원 비교

박진형 기자 jin@etnews.com

[Copyright © 전자신문. 무단전재-재배포금지]