EUV 노광은 7nm 이하 초미세 회로를 구현하기 위한 핵심 기술입니다. 기존 DUV(Deep Ultraviolet) 노광의 해상도 한계를 극복하기 위해, 더 짧은 파장의 빛을 사용하는 방식입니다. 이 기술이 가능하게 해주는 장비를 만드는 기업은 단 하나, 바로 네덜란드의 ASML입니다.
이 글에서는 EUV 노광장비의 작동 원리와 ASML이 왜 독점적 지위를 갖게 되었는지에 대해 설명드리겠습니다.
EUV 노광이란 무엇인가요?
EUV(Extreme Ultraviolet)는 약 13.5nm 파장의 극자외선을 말합니다. 기존 DUV는 193nm 파장을 사용했지만, EUV는 파장이 짧기 때문에 훨씬 더 미세한 회로 패턴을 그릴 수 있습니다. 이는 곧 트랜지스터를 더 많이 집적할 수 있다는 의미이며, 고성능과 저전력을 동시에 달성할 수 있게 해줍니다.
하지만 EUV는 단순히 빛만 바꾸는 문제가 아닙니다. 광원을 만드는 것부터 반사형 광학계, 진공 환경 유지, 노광용 포토레지스트까지 모든 요소가 새롭게 개발되어야 했습니다.
EUV 노광장비의 작동 원리
EUV 노광장비는 기존 DUV와는 완전히 다른 방식으로 작동합니다. 특히 광원 생성 방식과 광학계 구성이 독특합니다.
- 플라즈마 광원: 레이저를 액체 주석(Droplet) 타깃에 두 번 조사해 플라즈마를 형성하고, 여기에서 EUV 빛(13.5nm)을 생성합니다.
- 전용 반사경: EUV는 대부분의 소재에서 흡수되므로, 굴절 렌즈 대신 반사경(미러)만 사용합니다. 반사율이 70% 이하이기 때문에 미러 수가 많아지면 빛이 급격히 약해집니다.
- 진공 환경: EUV는 공기 중에서 흡수되기 때문에, 전체 노광 시스템이 진공 상태로 유지되어야 합니다.
- 마스크와 포토레지스트: EUV 마스크는 반사형 구조이며, 고감도 포토레지스트 소재 개발이 함께 이루어져야 합니다.
이처럼 EUV 시스템은 광원, 광학계, 진공 시스템, 마스크, 감광액까지 모든 부품이 고도로 통합되어야 작동할 수 있는 매우 정교한 장비입니다.
왜 ASML만 EUV 노광장비를 만들 수 있을까요?
ASML은 네덜란드에 본사를 둔 세계 유일의 EUV 노광장비 제조사입니다. 이 회사가 독점적 지위를 갖게 된 이유는 단순히 기술력뿐만 아니라, 글로벌 협업, 장기간 투자, 정부 지원 등이 복합적으로 작용한 결과입니다.
ASML 독점의 배경
- 기술 개발 기간: EUV 개발에는 20년 이상이 소요되었으며, ASML은 지속적으로 수십조 원을 투자했습니다.
- 글로벌 부품 협력: 반사경은 독일 Zeiss, 광원은 미국 Cymer와 협력하여 개발되었습니다.
- 독보적인 수율: 장비 성능이 높아 실제 양산 가능한 수준의 수율을 유지할 수 있는 유일한 공급자입니다.
- 정밀 제조 기술: EUV 장비는 약 100,000개 이상의 부품으로 구성되며, 조립 및 정렬 기술이 극도로 정밀해야 합니다.
이러한 조건을 동시에 만족하는 기업은 사실상 존재하지 않았고, 그 결과 ASML은 사실상 전 세계 EUV 노광 시장을 100% 점유하게 되었습니다.
ASML 장비의 특징과 단가
ASML의 대표 제품인 TWINSCAN NXE 시리즈는 웨이퍼당 수백 개의 패턴을 초미세하게 전사할 수 있으며, 최신 장비는 3nm 이하 공정까지 지원합니다.
장비 한 대의 가격은 약 2억 달러(한화 약 2,700억 원)에 달하며, 납기까지 1년 이상이 소요됩니다. 현재 이 장비를 도입한 기업은 TSMC, 삼성전자, 인텔 등 일부 대형 파운드리뿐입니다.
향후 EUV의 진화: High-NA 시대
ASML은 현재 High-NA EUV(높은 개구수의 극자외선 노광) 장비를 개발 중입니다. 기존보다 해상도가 더욱 향상되며, 2nm 이하 공정에도 대응할 수 있습니다.
이는 반도체 미세화의 새로운 전환점이 될 것으로 기대되며, 앞으로도 ASML의 기술 리더십은 상당 기간 지속될 전망입니다.
결론 | EUV는 더 미세한 반도체 세상을 가능하게 합니다
EUV 노광장비는 단순히 새로운 장비가 아니라, 미세 공정 시대를 열어젖힌 결정적인 기술입니다. 파장이 짧은 빛 하나를 다루기 위해 수만 개의 부품이 정밀하게 맞물려 돌아가고, 그 모든 조합이 하나라도 어긋나면 제대로 작동하지 않습니다.
ASML이 유일하게 이 복잡한 퍼즐을 완성한 이유는 기술력 그 이상입니다. 20년 넘게 이어진 투자, 수많은 실패, 그리고 전 세계 협력 네트워크가 지금의 독점적 지위를 만들었습니다. 단순한 장비 공급자가 아니라, 반도체 산업의 속도를 결정짓는 ‘보이지 않는 조정자’가 된 셈입니다.
결국 EUV 기술 없이는 3nm 이하 반도체 공정은 현실이 될 수 없습니다. 앞으로 반도체가 더 작고 효율적으로 진화할수록, 그 중심에는 여전히 이 복잡하고 정교한 빛의 기술이 자리하고 있을 것입니다.