‘칩 산업 세계 1위’ 네덜란드 ASML 성공 비결은?

ASML은 실리콘 웨이퍼를 사용 가능한 실리콘 칩 또는 프로세서로 슬라이스하는 데 사용되는 기술인 EUV에 대한 독점권을 가지고 있다. (사진=ASML)

네덜란드 장비 제조 회사 ASML 홀딩 N.V.은 반도체 제조용 광학 노광공정 장치를 만드는 네덜란드 굴지의 다국적 기업이다. 극자외선(EUV) 노광 장치를 독점하는 기업으로 널리 알려졌다.

ASML은 실리콘 웨이퍼에서 물리적 칩을 만드는 장비를 만드는 세계 유일의 회사로 삼성, TSMC, NVIDIA 및 Intel과 같은 칩 제조업체는 ASML의 EUV 기술 없이는 칩을 만들 수 없다.

◇웨이퍼(Wafer)와 제조 회사는

삼성전자는 메모리반도체 분야에서 세계 1위 기업이긴 하지만 웨이퍼를 만들진 않는다. 웨이퍼는 쉽게 말해 반도체를 그려넣는 도화지 역할을 한다. 웨이퍼의 주성분은 실리콘(규소)이다.

웨이퍼는 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판을 의미한다. 모래에서 추출한 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 실리콘 용액을 만든 후에 굳히면 원뿔 모양의 ‘잉곳’이 된다.

(자료=삼성전자)

이 잉곳을 얇게 잘라내 원판의 웨이퍼를 만든다. 이 웨이퍼를 얼마나 불순물 없이 매끄럽게 만들 수 있느냐가 웨이퍼 제조사의 핵심 기술력이다.

웨이퍼 조각을 슬라이스하고 절단하는 데 사용하는 기술을 '자외선 리소그래피'라고 하는 과정이다. 웨이퍼를 얼마나 미세하게 또는 얇게 슬라이스 하느냐에 따라 다양한 등급의 리소그래피로 분류된다.

일반적인 일상 용어로는 프로세스라고도 하며 nm 단위로 측정되며, 애플은 3nm 공정을 사용하여 차세대 실리콘 칩을 만들기 시작했다.

현재 전 세계 웨이퍼 시장은 SK실트론과 신에츠, 섬코, 대만 글로벌웨이퍼스(GW), 독일 실트로닉이 전체 시장의 94%를 차지하고 있다. SK실트론은 지난해 말 기준 300mm 웨이퍼 분야 세계 3위다. 점유율을 보면 일본 신에츠는 29.80%, 2위인 섬코는 24.80%다. SK실트론은 18%로 1,2위 업체와의 격차를 줄여나가는 추세다.

◇ASML이 소유한 ‘자외선 리소그래피 기술’

삼성, TSMC, NVIDIA, Intel, AMD 등 모든 칩 제조업체들이 사용하는 자외선 리소그래피 기술(extreme ultraviolet lithography; EUVL/노광기술)은 ASML이 소유하고 있다.

칩 제조업체가 웨이퍼를 물리적으로 슬라이스하고 절단하는 데 사용하는 기계장치를 ASML에서 제조한다.

노광 공정은 감광액이 코팅된 웨이퍼에 노광장비를 이용하여 마스크(MASK)에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 감광액(PR)이 도포된 웨이퍼에 회로 패턴을 사진찍는 작업과정이다.

카메라를 이용하여 필름을 현상하는 원리와 동일하며, 크게 노광장비는 스테퍼(Stepper) 노광장비와 스캔(Scanner) 노광장비 두 가지로 구분할 수 있다.

웨이퍼(Wafer) 는 반도체 집적회로를 만드는데 사용하는 주요 재료로, 주로 실리콘(규소, Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥(Ingot)을 적당한 지름으로 얇게 썬 얇은 원판모양의 판이다.

1975년부터 사용했던 스테퍼 노광장치는 하나의 마스크 패턴을 한번에 1:1의 비율로 노광하는 것이고, 스캔 노광장치는 UV를 선의 형태로 노광시키며 레티클과 다이를 이동시켜 패턴을 노광하는 방식과정이다.

스캔 노광은 렌즈의 크기를 바꾸지 않고 노광 영역을 확대할 수 있으며, 렌즈의 노출 영역을 조정하여 렌즈 수차 중 작은 영역을 선택할 수 있기 때문에 스테퍼 노광장치에 비해 더 나은 회로패턴을 얻을 수 있고 생산 비용을 감소시킨다.

패턴사이즈가 1um이하이거나 같은 형상이 계속 반복될 경우 마스크에 원래 원하는 패턴 사이즈를 정배수로 확대하여 만든 다음, 마스크와 PR이 코팅된 웨이퍼를 적정거리로 유지한 후 마스크 상하에 적당한 축소광학계렌즈(Projection lends)를 사용하여 자외선으로 측정한다.

◇ASML, 2023년 1분기 매출 10조원 육박

ASML은 네덜란드 필립스와 필립스에서 분사된 반도체 제조장비 기업 ASMI의 합작회사로 1984년 설립되었다. ASML이라는 사명은 'ASM Lithography'의 약어에서 비롯되었다. 1988년 독립하였으나 필립스는 일부 지분을 계속 보유하였다.

2012년 미국 인텔은 극자외선 리소그래피 공정 개발을 위해 ASML 지분 15%를 인수하며 41억달러를 투자하였다. 삼성전자, TSMC 도 비슷한 이유로 지분을 투자하였다. ASML은 2017년 한 해동안 12대의 EUV 장비를 출했다.

ASML은 Canon 및 Nikon과 같은 경쟁 제품이 있지만 ASML은 시장의 약 62%를 점유하고 있다.

ASML은 EUV 칩 슬라이싱 기계를 세트당 약 2억 달러(한화 약 2500억 원)에 판매하고 있으며 삼성전자, Intel, NVIDIA 및 TSMC를 포함한 모든 주요 칩 제조업체는 반도체를 생산하기 위해 이 기계장비를 구매한다.

대만의 TSMC는 삼성, 인텔 및 기타 주요 칩 제조업체보다 훨씬 먼저 기계를 구매했기 때문에 ASML과 특별한 계약을 맺고있다. 이 때문에 TSMC와 그들의 실리콘을 사용한 회사들은 경쟁사들보다 약간의 세대적 이점을 지니고 있다.

또한 ASML은 이미 high-NA-EUV라고 하는 차세대 리소그래피 기계를 연구하고 있다. 높은 NA-EUV를 통해 칩 제조업체는 2nm 프로세서를 만들 수 있으며 이는 칩 생산의 주요 이정표가 될 것으로 전망된다.

ASML은 19일 순매출 67억 유로(9조7천억원), 당기 순이익 20억 유로(2조9천억원)를 기록했다고 밝혔다. 매출은 전분기보다 3억유로 이상 늘어났다.

ASML은 1분기 공급했지만 이후 실적으로 인식되는 예약 매출이 37억5천200만 유로라고 설명했다. 이 가운데 EUV 장비 예약 매출이 16억 유로다.

한편 네덜란드에서 한국으로 주요 수출되는 품목은 기계와 운송장비는 반도체 제조용 장비가 수출에 매우 큰 비중을 차지하고 있으며, 전체 수출의 약 40%가 딱 한 회사, ASML에 의해서 이뤄지고 있다.

출처 : 디지털비즈온(http://www.digitalbizon.com)