노광장비
Photolithography Machine
노광장비
노광장비는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼라는 실리콘 원판에 회로를 그리는 장비입니다. 노광은 사진을 찍는 것과 비슷하게, 웨이퍼에 자외선이나 극자외선 (EUV) 같은 빛을 쏘아 회로 패턴을 형성하는 작업을 말합니다. 회로를 더 미세하게 그릴수록 웨이퍼 한 장에서 생산할 수 있는 반도체 칩의 수가 늘어나고, 성능과 전력 효율도 향상됩니다. 따라서 노광장비는 반도체의 고성능화와 저전력화를 위해 필수적인 역할을 합니다.
노광장비의 종류에는 여러 가지가 있지만, 최근에는 EUV 노광장비가 주목받고 있습니다. EUV 노광장비는 빛의 파장이 매우 짧은 EUV를 이용하여 7나노 이하의 초미세 공정을 구현할 수 있는 장비입니다. EUV 노광장비를 사용하면 회로를 새기는 작업을 반복하는 멀티 패터닝 공정을 줄일 수 있어, 제품의 수율과 품질이 향상되고, 제품 출시 기간도 단축할 수 있습니다.
하지만 EUV 노광장비는 네덜란드의 ASML이라는 회사가 세계에서 유일하게 생산하고 있습니다. ASML은 EUV 노광장비의 핵심 부품인 EUV 광원과 렌즈를 독점 공급하는 회사들과 협력하고 있습니다. EUV 노광장비는 한 대당 가격이 2천억원에서 3천억원에 달하고, 연간 50대 정도만 생산됩니다. 따라서 글로벌 반도체 업체들은 EUV 노광장비를 확보하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.
ASML사
ASML은 네덜란드에 본사를 둔 반도체 장비 제조업체입니다. ASML은 반도체 제조 공정에서 웨이퍼에 회로 패턴을 형성하는 노광장비를 전문적으로 개발하고 생산합니다. ASML은 세계 최초로 EUV 노광장비를 상용화한 기업으로, 글로벌 반도체 업체들의 주요 공급처입니다. ASML은 1984년에 필립스와 ASM 인터내셔널의 합작으로 설립되었으며, 현재는 약 3만 9천명의 직원과 60여개의 지점을 보유하고 있습니다. ASML은 2022년에 1,400억 유로의 매출과 3,900억 유로의 시가총액을 기록했습니다. ASML은 반도체 기술의 혁신을 주도하는 세계적인 기업입니다.
EUV 노광장비 현황
대만 TSMC
EUV 노광장비를 가장 많이 보유하고 있는 업체는 대만의 TSMC입니다. TSMC는 2019년부터 EUV 노광장비를 사용한 7나노 공정의 양산을 시작했고, 올해에는 3나노 공정의 양산도 예정하고 있습니다. TSMC는 올해 400억달러에서 440억달러의 설비 투자 예산을 잡아놓고, 미국과 일본에도 새로운 반도체 공장을 건설하고 있습니다. TSMC는 올해 18대의 EUV 노광장비를 확보할 것으로 알려져 있습니다.
한국 삼성
EUV 노광장비를 가장 빨리 도입한 업체는 삼성전자입니다. 삼성전자는 2019년 4월 업계 최초로 EUV 공정을 적용한 7나노 시스템온칩 (SoC) 제품을 출하했고, 그해 하반기부터는 6나노 제품의 양산을 시작했습니다. 삼성전자는 경기 평택에 세 번째와 네 번째 반도체 생산라인을 건설하고 있으며, 미국 텍사스주에도 파운드리 공장을 착공할 예정입니다. 삼성전자는 이곳에서 EUV 장비를 활용한 최첨단 공정의 반도체를 생산할 계획입니다. 삼성전자는 올해 22대의 EUV 노광장비를 확보할 것으로 알려져 있습니다.
미국 인텔
EUV 노광장비를 최근에 도입한 업체는 인텔입니다. 인텔은 2025년부터 적용할 인텔 1.8나노 공정을 위해 ASML의 차세대 EUV 노광장비 ‘하이 뉴메리컬어퍼처 (High NA) EUV’ 도입 계약을 체결했습니다. 하이 NA EUV 노광장비는 빛 집광능력을 나타내는 렌즈 개구수를 기존 0.33에서 0.55로 끌어올려 2나노 이하의 초미세 공정을 구현할 수 있는 장비입니다. 인텔은 미국과 유럽에 반도체 공장을 건설하면서 파운드리 시장에 재진입하겠다고 선언했습니다.
EUV 노광장비를 확보하기 위해 노력하는 다른 국가들도 있습니다. 중국은 입자가속기를 활용한 반도체 노광장비 공장을 중국 슝안신구에 건설하고 있습니다. 일본은 EUV 노광장비의 핵심 부품인 EUV 광원을 공급하는 기가파톤과 렌즈를 공급하는 제이텍이라는 회사를 보유하고 있습니다2. 하지만 EUV 노광장비의 기술 수준과 공급망을 따라잡기는 쉽지 않은 것으로 보입니다.
주요 기술 보유 국가들
ASML에 이어 일본의 니콘과 캐논이 주요 노광장비 업체입니다. 이 두 업체는 DUV(Deep Ultraviolet) 노광장비 기술을 보유하고 있습니다.
한국의 경우, 에스엔에스텍과 램리서치가 노광장비 업체입니다. 이 두 업체는 DUV 노광장비 기술을 보유하고 있으며, ASML의 DUV 노광장비에 대한 부품을 공급하고 있습니다.
핵심 기술 보유국은 네덜란드, 일본, 미국입니다. 네덜란드는 EUV 노광장비의 핵심 기술인 마스크 제작 기술을 보유하고 있습니다. 일본은 DUV 노광장비의 핵심 기술인 렌즈 기술을 보유하고 있습니다. 미국은 DUV 노광장비의 핵심 기술인 웨이퍼 검사 기술을 보유하고 있습니다.
노광장비 기술은 지속적으로 발전하고 있습니다. EUV 노광장비 기술은 이미 상용화되었으며, 향후 더 많은 반도체 제조업체에서 EUV 노광장비를 도입할 것으로 예상됩니다.
또한, 이하의 기술 개발도 활발히 이루어지고 있습니다.
High-NA EUV: 기존 EUV 노광장비의 빛의 회절 한계를 극복하기 위해 개발되고 있는 기술입니다.
Multi-patterning: 한 번의 노광 공정으로 여러 개의 회로 패턴을 형성하는 기술입니다.
EUV-only: 기존의 DUV 노광장비를 대체하기 위해 개발되고 있는 기술입니다.
이러한 기술 개발을 통해 반도체의 성능과 효율성은 더욱 향상될 것으로 기대됩니다.
EUV 노광장비는 반도체 업계의 미래를 좌우하는 핵심 장비입니다. EUV 노광장비를 확보하고 활용하는 업체와 국가는 반도체 시장에서 경쟁력을 갖게 될 것입니다. 반면, EUV 노광장비를 확보하지 못하거나 늦게 도입하는 업체와 국가는 반도체 시장에서 밀려날 수 있습니다. 따라서 EUV 노광장비의 수요와 공급은 앞으로도 글로벌 반도체 업계의 주요 이슈가 될 것입니다.
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