삼성전자가 3D 낸드플래시 생산 공정에서 쓰는 핵심 재료 중 하나인 포토레지스트(PR:PhotoResist, 감광재) 조달처를 다변화할 계획이다. 5년 이상 지속해온 동진쎄미켐 독점 공급 체제가 깨진다는 의미다.
18일 업계에 따르면 삼성전자는 일본 도쿄오카공업(TOK)의 불화크립톤(KrF) PR 재료를 양산 라인에 적용하기 위해 평가를 진행 중인 것으로 알려졌다. TOK는 전 세계 반도체 PR 재료 시장 1위 업체다. 그간 삼성전자 3D 낸드플래시 생산용 PR 재료를 공급하기 위해 역량을 집중해왔다.
업계 관계자는 "삼성전자 요구 사항을 TOK가 대부분 맞춘 것으로 안다"면서 "차세대 제품 생산에서 쓰일 것이 유력하다"고 설명했다.
PR은 노광 공정에서 쓰이는 핵심 재료다. 노광은 금속으로 설계 패턴이 새겨진 마스크 원판에 빛을 쪼여 회로 패턴을 형성하는 일련의 과정을 의미한다. 마스크를 투과한 빛이 PR와 반응해 패턴을 형성한다.
노광 공정은 광원 종류에 따라 세대가 나뉜다. 130나노 반도체까진 파장 길이가 248나노미터(nm)인 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저를 사용했다. 90나노대로 접어들면서 193nm 파장의 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저를 활용하게 됐다. 이후 공기보다 굴절률이 큰 액상 매체를 활용해 해상력을 높인 액침(液浸, immersion) ArF 장비가 상용화됐다. 현재 대부분 최신 반도체 양산 라인에서 쓰이는 노광 장비가 액침 ArF다. 13.5nm 짧은 파장으로 7나노 이하 시스템반도체 생산에 활용될 극자외선(EUV) 노광 장비도 조만간 양산 라인에서 가동될 전망이다.
노광 장비 광원이 바뀌면 재료도 그에 맞는 것을 써야 한다. 3D 낸드플래시는 높게 쌓는 것이 중요하지 2D처럼 선폭을 좁히는 것은 큰 고려 사항이 아니다. 따라서 노광도 ArF보단 KrF가 많이 활용된다. 다만 이때 쓰이는 KrF 재료는 기존과는 달리 발라졌을 때 두께가 두꺼워야(thick) 한다.
3D 낸드플래시의 구조.
강호규 삼성전자 반도체연구소장(부사장)은 "100단짜리 3D 낸드를 만들려면 계단 100개를 형성해야 하는데, 한 번에 한 개씩 만들면 원가가 너무 올라간다"면서 "굉장히 두꺼운 PR를 활용하면 한꺼번에 여러 계단을 형성할 수 있다"고 설명했다.
삼성전자는 2013년 1세대 3D 낸드플래시를 양산하기 전부터 동진쎄미켐과 두꺼운 KrF를 개발하기 위해 협업했다. 두껍게 발라진다는 것은 점도가 높다는 의미다. 높은 점도의 재료는 발랐을 때 균일도가 떨어지기 때문에 개발이 쉽지 않다. 삼성전자는 '기밀'인 공정 레시피를 모두 오픈하는 등 동진쎄미켐과 깊숙하게 협력하며 개발을 독려했다. 이 덕에 동진쎄미켐은 기존 KrF PR 대비 30% 이상 두꺼운 재료 개발에 성공했다.
현재 동진쎄미켐은 삼성전자에만 이 재료를 공급한다. 삼성전자도 동진쎄미켐 재료만 사용했다. 지난해 10월 삼성전자가 동진쎄미켐에 251억원 규모 지분 투자를 단행한 것도 이 사안과 맥이 닿아있다. 동진쎄미켐이 삼성전자에 공급하는 단가도 너무 낮아 경쟁사가 비집고 들어갈 틈이 없었다.
업계 관계자는 "3D 낸드플래시 적층수가 높아지면서 더블스태킹(Double Stacking)을 방식을 도입하는 제조업체가 속속 나타나고 있다"면서 "삼성은 최대한 싱글스태킹(Single Stacking)을 고수하기 위해 TOK의 재료도 조달할 계획인 것으로 안다"고 말했다.
더블스태킹은 적층 작업을 마친 3D 낸드플래시 두 개를 이어붙여 단수를 높이는 기술이다. 둘 사이에는 절연층이 존재한다. SK하이닉스의 72단 낸드플래시는 36단 제품 두 개를 붙여서 만든 것이다. 더블스태킹은 단일로 셀을 쌓는 싱글스태킹 방식 대비 공정 숫자가 많고 재료도 더 많이 들어간다.
