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[서울=뉴스핌] 배상희 기자 = 중국 반도체 산업 중 높은 수입 의존도를 보이고 있어 국산화가 시급한 분야 중 하나인 노광(포토리소그래피) 공정의 핵심소재인 포토레지스트(PR) 테마주에 대해 최근 중국 본토 A주 시장에서 또 한번 자금 유입세가 연출되고 있다.

최근 중국 포토레지스트 산업을 둘러싼 기술적 성과 이슈가 전해지며 국산화 기대감이 한층 더 커진 데 따른 것이다.

지난해 글로벌 시장을 훨씬 웃도는 연간 성장률을 기록한 중국 포토레지스트 산업은 점진적으로 점유율을 확대해 나가고 있다. 중국 반도체 산업체인에서 희소성이 높은 분야로서 향후 성장여지가 높아, 기술∙생산경쟁력을 보유한 기업을 중심으로 한 주가 상승세가 기대된다.

◆ 기술적 돌파 이슈, 기술국산화 기대감 상승 

중국 과학기술부 산하의 관영 매체 과학기술일보(科技日報)에 따르면, 최근 베이징대학교 화학∙분자공학대학의 펑하이린(彭海琳) 교수팀과 공동 연구진은 초저온 전자 단층 촬영(Cryo-ET) 기술을 활용해 액상 환경에서 포토레지스트 분자의 미세한 3차원 구조, 계면 분포 및 얽힘 거동을 원위치 상태에서 분석하는 데 최초로 성공했다.

이를 통해 '포토리소그래피(Photolithography) 공정(포토공정)'의 결함을 현저히 줄일 수 있는 산업화 솔루션을 개발했다고 밝혔다. 관련 성과는 최근 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에도 게재됐다.

빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액(感光液)의 일종인 포토레지스트는 포토공정에 중요하게 활용되는 핵심소재로서 회로의 정밀도와 품질, 더 나아가 칩의 수율(양품 비율)을 좌우한다.

포토공정은 웨이퍼 위에 회로(전자가 이동할 통로)를 만드는 과정이다. 크게 ①노광 : 웨이퍼 위에 포토레지스트를 얇고 균일하게 도포한 후 그 위에 반도체 회로 패턴이 그려진 마스크를 놓고 웨이퍼를 향해 빛을 쏘면 웨이퍼 위로 미세 회로 패턴이 형성됨 ②현상 : 노광 과정에서 빛이 닿은 부분과 빛이 닿지 않은 부분의 화학적 성질이 달라지는데, 현상액(디벨로퍼)을 통해 빛에 노출된 포토레지스트 부분을 제거하면, 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 형성되는 과정으로 이뤄진다. 

그 동안 디벨로퍼 내 포토레지스트의 미시적 움직임은 '블랙박스' 상태로 남아있어, 산업 현장에서는 공정 최적화를 위해 반복적인 시행착오를 겪어야 했다. 이는 7나노미터(nm) 이하 첨단 공정의 수율 향상을 가로막는 주요 병목 중 하나였다.

이 난제를 해결하기 위해 연구팀은 초저온 전자 단층 촬영 기술을 처음으로 반도체 분야에 도입했다. 연구진은 5nm 보다 높은 해상도의 미세 3차원 '파노라마 이미지'를 구현하는데 성공했으며, 이를 통해 기존 기술이 극복하지 못했던 원위치 관찰, 3차원 분석, 고해상도 관측 불가라는 세 가지 한계를 동시에 극복했다.

펑하이린 교수는 "초저온 전자 단층 촬영 기술은 원자·분자 수준에서 각종 액상 계면 반응을 분석할 수 있는 강력한 도구가 될 것"이라며 "액체 내 고분자 구조와 미세 거동을 심층적으로 파악함으로써 첨단 공정에서의 포토공정, 식각(에칭), 습식세정 등 핵심 공정의 결함 제어와 수율 향상을 이끌 수 있다"고 밝혔다.

◆ 中 포토레지스트 시장 고속성장, 한계점은 여전

현재 글로벌 포토레지스트 시장은 일본의 JSR, 도쿄오카공업(TOK), 신에츠화학공업, 후지필름 등 주요 기업이 사실상 독점하고 있으며, 일본은 장기간 축적된 기술력을 바탕으로 글로벌 반도체 제조 공급망에서 절대적 위치를 점하고 있다.

그러나 최근 몇 년간 중국 기업들도 포토레지스트 분야에서 기술 혁신을 이어가며 점차 시장 점유율을 높이고 있다.

국제반도체장비재료협회(SEMI)에 따르면, 2024년 전세계 포토레지스트 시장 규모는 27억 3200만 달러로 전년 대비 16.15% 성장했다. 같은 해 중국 본토의 반도체용 포토레지스트 시장 규모는 7억 7100만 달러로 사상 최고치를 기록했으며, 전년 대비 42.25% 급증해 글로벌 시장의 평균 성장률을 크게 웃돌았다.

SEMI가 발표한 '세계 반도체 팹 전망(World Fab Forecast)' 보고서에 따르면, 2025년 글로벌 7nm 이하의 웨이퍼 생산능력은 16%의 여전히 높은 성장률을 기록할 전망이다.

이외에도 8~45nm, 50nm 이상, DRAM, 3D NAND 등 공정 단계별 웨이퍼 생산능력은 각각 6%, 5%, 7%, 5%씩 증가할 것으로 예상된다. 반도체 첨단 공정의 고성장은 불화크립톤(KrF), 불화아르곤(ArF), 극자외선(EUV) 포토레지스트의 수요가 지속적으로 고속 성장세를 이어갈 수 있는 핵심 배경이 될 전망이다.

다만, 중국 기업의 경우 기술진입 장벽이 낮은 '인쇄회로기판(PCB) 포토레지스트' 분야에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있는 반면, 높은 기술력을 요하는 '반도체 포토레지스트' 분야에서의 점유율은 매우 낮다는 점에서 한계점이 여전하다.

중국의 지속적인 기술 돌파구가 필요한 '반도체 포토레지스트' 분야의 경우 G라인과 I라인, KrF와 ArF, EUV포토레지스트 생산에 집중돼 있다.

<中 기술국산화 기대감, 자금유입 확대② '포토레지스트 테마 A주'>로 이어짐.

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pxx17@newspim.com