[글로벌-Biz 24] 대만 TSMC, 3나노 핵심기술 문제로 대량생산 지연

대만 TSMC의 3나노 공정 기술 개발이 핵심기술의 병목으로 지연돼 양산도 늦어질 것으로 보인다고 디지타임즈가 6일(현지시간) 보도했다.

TSMC는 지난해 170억 달러를 투자해 사상 최대를 기록했고 그 대부분은 5나노 기술 혁신과 3나노 공정 개발에 투입됐다. 3나노 공정의 테스트 생산이 임박하면서 올해 투자가 전년 수준을 넘어설 것으로 예측됐다.
그러나 보도에 따르면 TSMC는 3나노 개발이 연기될 것으로 예상된다. 지난해 4월 코로나19 대유행으로 안해 극자외선(EUV) 리소그래피 등 핵심 장비들의 생산 및 물류가 지연되면서 TSMC의 장비 설치도 늦어졌다. 3나노 핀펫 공정은 원래 6월에 시험 생산이 계획됐으나 10월로 연기됐다.

이에 따라 당초 10월 장비 설치 예정이던 TSMC의 난케18 공장 3나노 생산라인도 연기됐다. 지난달에도 공사가 시작되지 않았다. 이에 따라 3나노 칩 양산도 2022년 이후로의 연기가 불가피하다.
TSMC가 3나노 공정 연구개발 과정에서 겪는 주요 병목현상이 구체적으로 무엇을 의미하는지는 분명치 않지만, 2022년 양산에 나서기 위해서는 기술에서 돌파구를 마련해야 한다.

TSMC의 CEO인 웨이 제지아는 과거 실적 분석 컨퍼런스 콜에서 3나노 공정에도 핀펫 기술을 사용할 것이라고 밝혔다. 삼성은 서라운드 게이트 트랜지스터(GAAFET) 기술을 3나노 공정에 사용한다.

TSMC의 3나노에서의 집적소자 밀도는 5나노에 비해 50% 늘지만 프로세스는 여전히 핀펫이다. 이는 TSMC가 비용과 효율의 균형을 맞추려는 의도 때문이다. 삼성이 사용하는 3나노 GAA 기술은 더 큰 비용이 들고 제조 공정에서의 기술요구와 난이도도 높다.

휴대폰용 시스템 칩 개발은 주로 설계와 발열 기술에 달려 있다. 기술 및 소재의 한계로 휴대전화용 칩은 5나노 공정에 집중된다. 퀄컴 스냅드래곤 888 칩은 삼성의 5나노 공정 기술을 사용한다. 이 칩이 출시되기 전에는 애플 A14와 키린 9000 칩 모두 TSMC의 5나노 공정 기술을 사용했다. 그러나 5나노 공정 칩은 여전히 발열 문제를 온전히 해결하지는 못했다.

대만의 전력 공급 능력도 문제라는 지적이다. TSMC의 전기 소비량은 대만 전체 전기 소비량의 5% 이상을 차지한다.

3나노를 생산하기 시작하면 전력 공급은 100만 kW 가까이 증가해야 한다. 2~3년 후에는 257만 kW가 더 증가해야 한다는 분석이다. TSMC의 추정에 따르면, 대만의 예비 전력은 TSMC의 요구를 충족시키지 못한다.

TSMC의 칩 제조는 3000개에 달하는 프로세스를 거친다. 반도체 장비도 대거 투입해야 하고 일정 온도 유지와 고전압 등 다양한 복합 환경이 유지돼야 한다. 모두가 대량의 전기를 필요로 한다.

삼성전자와 TSMC 모두 현재 GAA와 핀펫 공정 개발에서 기술적 병목 현상을 겪고 있다. 그러나 업계 관계자들은 TSMC가 3나노 공정 양산을 가장 먼저 시작할 것으로 확신하고 있다. 목표 달성을 위해 기술적 문제 해결 외에도 에너지 절약 솔루션을 마련해야 한다는 지적이다.


조민성 글로벌이코노믹 기자 mscho@g-enews.com