기업탐구 "EUV 점유율 1위 슈퍼 을 ASML" 반도체 기술의 핵심

 

반도체 산업의 핵심을 이루는 기업 중 하나인 ASML에 관해 이야기해 보겠습니다. ASML은 반도체 핵심 장비인 극자외선(EUV, Extreme Ultraviolet) 노광 장비의 독점 공급자입니다. 삼성전자, 인텔, TSMC 등 세계 주요 파운드리 기업들은 모두 ASML의 EUV 장비 없이는 나노미터급 반도체를 생산할 수 없습니다. 수요가 폭발적으로 증가하면서, EUV 장비 구매 계약이 체결되어도 실제 납품까지 1년 이상이 소요되는 상황입니다. ASML은 반도체 생산에 필요한 장비를 공급하는 업체이지만, 경쟁력 있는 다른 공급자가 없기 때문에 오히려 협상력이 높은 '슈퍼 을'로 자리매김하고 있습니다.

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EUV, 그게 대체 뭐길래❓

EUV, 즉 극자외선은 반도체 공정 중에서도 노광 단계에 사용되는 중요한 장비입니다. 노광 작업은 반도체의 성능을 결정짓는 핵심 공정으로, 이 때문에 EUV 생산 기술을 독점적으로 보유한 ASML이 세계적인 주목을 받고 있습니다. 더욱 정교해진 반도체 공정에 대한 요구와 함께, ASML의 중요성 역시 점점 더 커지고 있습니다.

 

⭐️ 반도체 공정의 핵심, 노광

노광은 실리콘 웨이퍼에 빛을 이용해 반도체 회로를 새기는 과정을 가리킵니다. 노광은 반도체 공정 8단계(웨이퍼 공정, 산화 공정, 포토 공정, 식각 공정, 박막 공정, 배선 공정, 테스트 공정, 패키징 공정) 중 포토 공정에 해당합니다. 전체 반도체 생산 시간의 약 60%, 비용의 약 35%를 차지하는 노광은 반도체 공정의 핵심이라 할 수 있습니다.

 

ASML

 

🥇 유일한 EUV 생산 업체, ASML

ASML은 세계에서 유일하게 EUV 장비를 생산하는 기업입니다. EUV는 노광 장비 중에서도 가장 뛰어난 기술력을 자랑합니다. 기존의 ArF 장비에 비해 약 14배 더 세밀한 회로를 그릴 수 있습니다. 반도체의 초미세화 추세에 따라 EUV 장비에 대한 수요가 급증하였고, 이에 힘입어 ASML은 2021년 노광장비 시장에서 무려 91%의 점유율을 기록할 수 있었습니다.

 

📈 ASML의 끝없는 성장

반도체 시장의 성장과 함께 ASML의 성장 역시 이어지고 있습니다. 2017년 89억 6,300만 유로였던 ASML의 매출은 2022년에는 211억 7,300만 유로까지 증가하였습니다. 같은 기간 동안 순이익은 20억 6,900만 유로에서 56억 2,400만 유로로, 171.8%나 증가하였습니다. 2023년에도 매 분기마다 호실적을 기록하였으며, 업계에서는 ASML의 올해 실적이 작년 대비 약 30% 성장할 것으로 예상하고 있습니다.

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노광장비 1위로 성장하기까지

ASML이 처음부터 노광 산업의 선두주자였던 것은 아닙니다. 초기에는 일본 기업이 시장을 주도하였으나, ASML은 끈질기게 EUV 장비 개발에 몰두하였습니다. 10년이 넘는 시간 동안 고도화된 ASML의 EUV 장비는 현재 그 누구도 따라잡기 어려운 기술력을 갖추게 되었습니다.

 

🏃‍♀️ 노광 산업의 후발주자

ASML은 초기에 노광 장비 시장에서 후발주자였습니다. 당시 시장은 일본의 니콘과 캐논이 주도하고 있었는데, 이는 노광 공정이 카메라와 유사한 원리에 기반하고 있어 이들에게 유리했기 때문입니다. 1990년에는 ASML의 시장 점유율이 겨우 10%에 불과하였습니다.

 

🚩 EUV 장비 개발 시작

ASML이 EUV 장비 개발에 본격적으로 나선 것은 2006년이었습니다. 디바이스의 다양한 기능을 구현하고 휴대하기 편리하게 만들기 위해선 반도체의 크기를 줄여야 했고, 이를 위해서는 웨이퍼에 더 많은 회로를 그릴 수 있는 기술이 요구되었습니다. EUV는 기존 기술에 비해 14배 많은 회로를 그릴 수 있어 이에 적합한 대안이었습니다.

 

😔 실패작이었던 첫 시제품

ASML은 2006년에 EUV 시제품인 'Alpha Demo Tools'를 출시하였습니다. 이는 최초의 EUV 장비였지만, 성능은 그다지 좋지 않았습니다. 1시간에 웨이퍼 단 1장을 생산하는 데 그쳤으며, 초미세 공정에 적합하지도 않았습니다.

 

🧐 EUV 개발 포기한 경쟁사

캐논과 니콘 역시 EUV 개발을 시도하였으나, 진행 과정에서 포기했습니다. 그만큼 EUV 장비 개발이 어려웠기 때문인데요. 기존에 사용해 온 심자외선(DUV, Deep Ultraviolet) 장비가 빛을 굴절시켜 회로를 그리는 것과 달리 EUV는 거울을 이용해 빛을 반사하는 방식을 적용한 장비입니다. 이전과는 전혀 다른 새로운 기술을 개발해야 했습니다. 기술 개발에 드는 비용과 시간 모두 만만치 않았기에 다른 두 경쟁사는 일찌감치 개발을 포기했습니다.

 

👏 ASML EUV 장비의 진화

ASML은 어려움에도 불구하고 EUV 기술 개발을 계속 진행하였습니다. 경쟁사들과 마찬가지로, ASML 역시 개발 과정에서 많은 어려움을 겪었으나, EUV 장비가 절실하게 필요했던 협력사들의 자금 지원 덕분에 EUV 장비 개발에 성공할 수 있었습니다. ASML의 EUV 장비는 2010년 'NXE:3100' 출시를 시작으로 계속해서 발전해왔습니다. 2018년 말에 출시된 'NXE:3400B' 모델은 시간당 약 155장의 웨이퍼를 생산하며, 오버레이도 2.5nm 수준까지 더욱 개선되었습니다.

 

연도	2006	2010	2013	2017	2018-2019
모델명	Alpha Demo Tools	NXE:3100	NXE:3300B	NXE:3400B	NXE:3400B
반도체 선폭	28nm lines and spaces	19nm lines and spaces	13nm lines and spaces	7nm+5nm node patterns	7nm+5nm node patterns
생산 대수	2	8	10	25 이상	25 이상
가동성	10% 미만	40%	70%	80%	90%
생산성(웨이퍼)	(시간당) 1장 미만	10장 미만	50장 미만	125장	155장
오버레이	8nm	6nm	5nm	3nm	2.5nm

 

💡 오버레이: 반도체 제조 공정에서 이전 공정에서 제작된 회로 패턴과 현재 공정에서 제작된 회로 패턴 간 수직 방향 정렬도

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ASML의 성공 비결은?

😎 긴 세월을 버텨낸 덕분

ASML은 긴 기간의 EUV 장비 개발 과정을 버텨낸 유일한 회사입니다. EUV 장비 개발은 큰 투자금과 고도의 기술력이 있어야 하는데, 캐논과 니콘 같은 경쟁사들은 이를 감당하지 못해 2010년경 EUV 개발을 포기하게 되었습니다. 성공이 보장되지 않은 상황에서 지속적인 수익성 악화를 견디기 어려웠던 것입니다.

 

🌎 대규모 글로벌 협력 생태계

ASML은 새로운 기술 개발에 있어서 다양한 해외 기업들과 적극적으로 협력하고 있습니다. ASML의 리소그라피 장비 생산에 필요한 부품 중 약 80%는 외부 기업들로부터 조달하고 있습니다. ASML이 협력 관계를 맺고 있는 기업은 무려 5,000여 개에 달하며, 이를 통해 강력한 글로벌 협력 생태계를 구축하였습니다.

 

👆 한 부품당 한 기업

핵심 부품의 경우, 협력할 기업 한 곳을 선정해 해당 기업과만 협력합니다. ASML은 협력 기업과 5~10년의 장기적인 파트너십을 체결하고, 해당 기업의 기술 개발을 적극적으로 지원합니다. 이를 통해 협력사는 ASML의 지원을 받아 기술력을 향상하고, ASML은 협력사가 생산하는 고품질의 부품을 독점적으로 확보하는 구조를 구축하였습니다.

 

😤 품질 관리 체계 QLTC

외부 기업의 기술력을 활용하는 만큼, 품질관리에는 매우 신경을 쓰고 있습니다. 이를 위해 ASML은 QLTC라고 불리는 품질 관리 체계를 운영하고 있습니다. QLTC는 품질(Quality), 물류(Logistics), 기술(Technology), 비용(Cost)을 의미하며, ASML은 최소 1년에 한 번 이상 협력사의 QLTC를 1등급에서 5등급까지 평가하며 문제가 발견될 경우 적극적으로 개입하고 있습니다.

 

⚡️ 공격적이고 과감한 M&A

ASML은 기술력 향상을 위해 M&A를 적극적으로 진행하였습니다. 2013년에는 차세대 기술인 EUV 개발을 위해 미국의 광원 전문기업인 싸이머(Cymer)를 인수하였습니다. 또한, 2017년에는 독일의 자이스(Zeiss)의 지분을 확보하여 렌즈 등 광학장비 기술을 강화하였습니다.

 

[ASML이 인수한 기업 목록]

시점	기업명	내용
2001	Silicon Valley Group (미국)	웨이퍼 장비 제조 업체
2007	Brion (미국)	집적 회로용 전산 리소그래피 전문 업체
2013	Cymer (미국)	DUV 광원 제조 업체
2016	HMI (대만)	반도체 장비 검사 업체
2017	Carl Zeiss SMT GmbH (독일)	광학계 장비 제조 업체
2020	Berliner Glas Group (독일)	세라믹 및 광학 모듈 제조 업체

 

💰 끊임없는 연구 개발 투자

ASML은 이미 노광 장비 시장에서 압도적인 1위를 차지하고 있음에도, 새로운 기술 개발을 위한 연구 개발 노력은 멈추지 않습니다. 매년 매출의 약 10%를 연구개발에 투자하고 있습니다. 효율적인 기술 개발을 위해, 미국, 독일, 중국, 일본 등 여러 지역에 R&D 센터를 구축하였고, 2024년에는 한국에도 R&D 센터를 설립할 예정입니다.

 

2024 ASML R&D 센터 예상도

 

👍 효율적인 인사 정책

ASML은 일반적으로 기업의 이사회가 C-level 인사로만 구성되는 것과 달리, CEO, CTO, CFO, COO, CSO 외에 EUV 사업부 부사장까지 이사회에 포함하여 운영하고 있습니다. 이는 EUV 사업에 집중하고자 하는 의지를 반영하며, 실무적인 관점에서의 빠르고 효율적인 의사결정을 가능하게 합니다.

유연 근무제도 ASML의 조직 특성을 잘 반영합니다. 반도체 산업 특성상 경기에 따른 업황 변동이 큽니다. ASML 업황이 침체될 때 업무량을 줄이고, 호황일 때는 필요한 만큼 추가로 일하게 하는 유연 근무제도를 운용하고 있습니다. 불필요한 노동은 줄이는 대신 이를 필요할 때 활용하는 효율적인 근무 형태를 구축한 겁니다.

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삼성전자와 손잡은 ASML, 더 큰 미래 꿈꾼다

ASML은 항상 더 많은, 더 나은 기술을 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 최근에는 삼성전자와 합작 공장 설립 계획을 발표했습니다. 몇 년 후에는 기존 EUV 장비를 고도화한 하이 NA(High-NA, High Numerical Aperture) EUV를 활용한 반도체 생산이 활발해질 것으로 예상되며, 이를 통해 2나노 미만의 미세공정이 상용화될 전망입니다. 그리고 더 나아가, 그다음 세대인 하이퍼 NA EUV 개발까지 꿈꾸고 있습니다.

 

💡 개구수(NA): 렌즈가 빛을 모으는 능력을 나타내는 수치를 의미합니다. 개구수가 커질수록 더 작은 패턴을 그리는 게 가능합니다. 쉽게 말해 렌즈를 크게 만들어서 빛을 많이 모을 수 있게 되면 더 작은 패턴을 그릴 수 있게 되는 겁니다.

 

🙌 EUV 생산 역량 확대

ASML은 EUV 노광기의 생산 역량을 확대하는 목표를 세웠습니다. 현재 연간 생산 역량이 40대인데, 이를 2026년에는 연간 90대로 늘리겠다는 계획입니다. 더불어 하이 NA EUV의 생산량도 현재 연간 6대에서 2028년에는 20대까지 확대할 계획을 가지고 있습니다.

 

💫 하이 NA EUV 생산

ASML은 기존 EUV의 기술을 고도화한 하이 NA EUV 생산에 집중하고 있습니다. 하이 NA EUV는 렌즈와 반사경의 크기를 늘려 반도체에 더욱 미세한 회로를 새겨 넣을 수 있는 장비입니다. 이 장비의 렌즈 개구수는 기존 0.33보다 높은 0.55로, 기존 EUV가 1시간에 125~155개 정도의 웨이퍼를 생산한다면 하이 NA로는 220개의 웨이퍼를 생산할 수 있습니다. ASML은 더 나아가 렌즈 개구수를 0.75까지 확대한 차세대 하이퍼 NA EUV에 대한 연구도 진행 중입니다.

 

✨ 6.7nm 파장 연구 진행

반도체 성능을 향상시키기 위한 연구가 한창 진행 중입니다. 렌즈 크기를 키우는 데는 한계가 있기 때문에, 빛의 파장을 줄여 더 얇은 회로를 그릴 수 있도록 하는 방향으로 연구가 진행되고 있습니다. EUV 장비가 떠오른 것도 기존 DUV 장비의 193nm, 248nm 파장을 13.5nm까지 단축한 덕분입니다. 하지만 ASML은 여기에 만족하지 않고 파장을 6.7nm 수준까지 줄이기 위한 연구를 진행 중입니다.

 

🏭 삼성전자와의 합작 R&D 센터 설립

삼성전자와 손잡고 동탄 지역에 7억 유로(약 1조 원) 규모의 R&D 센터도 설립합니다. 하이 NA EUV 개발에 초점을 둔 R&D 센터는 2024년 완공을 목표로 하고 있습니다. ASML이 삼성전자와 한국을 선택한 이유는 한국이 메모리 반도체 1위 국가로, 차세대 노광 기술 확보에 유리하기 때문입니다. 삼성전자도 ASML과 협력하여 기술을 공동 개발하면서 차세대 EUV 장비 시장을 선점할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

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지금까지 ASML의 성공 비결과 앞으로의 방향성 대해 살펴보았습니다. 삼성전자와의 협력이 예상되고 있는 만큼, 이들의 기술 개발이 반도체 산업과 한국 경제에 어떤 영향을 미칠지 기대되는 바입니다. 또한, 최근에는 노광 산업 2위인 캐논이 EUV 장비에 대응하기 위해 NIL 장비 개발을 진행하고 있다는 소식이 있어, ASML이 어떻게 대응할지 주목할 필요가 있어 보입니다.