ASML이 반도체장비 업계에서 탑인 이유

실리콘 웨어퍼 위에 반도체 회사들이 원하는 회로를 그리기 위해서는 포토리소그래피라는 노광공정이 꼭 필요합니다. 

포토리소그래피라고도 불리는 노광공정을 하기 위해서는 가장 비싸고 중요한 장비인 노광장비가 필요합니다. 

 

반도체에 회로를 그리는 노광장비는 가격도 비쌀뿐더러 납품하는 회사가 얼마 되지 않습니다. 특히 EUV라고 하는 초미세 나노공정을 할 수 있게 만드는 노광장비는 오직 ASML 뿐입니다. 

 

오히려 장비를 납품받는 TSMC나 삼성전자는 반도체장비 납품회사인 ASML 눈치를 보고 부디 팔아달라고 부탁해야 할 정도입니다.

 

얼마나 미세하게 회로를 그리느냐에 따라서 반도체의 퀄리티가 결정되기에 좋은 장비를 사용해서 만드는 것이 반도체 기업이 경쟁력 때문입니다.

 

왜 이렇게 ASML은 반도체 장비 업계에서 대체불가능한 업계 최고가 되었을까요? 그 이유를 살펴보도록 하겠습니다. 

 

 

ASML이 반도체 장비 업계에서 탑인 이유

 

1. EUV노광장비

 

EUV는 (Extreme Ultra Violet)이라는 뜻으로 13.5 나노미터의 아주 짧은 파장의 자외선으로 회로를 그리게 됩니다. 반도체의 성능은 얼마나 회로가 집적되었는가에 따라 달라집니다.

 

회로를 좁게 그릴수록 웨이퍼 한 장당 생산할 수 있는 반도체의 양은 많아지기 때문에 생산성은 높아지는 반면에, 소비전력은 줄어들고, 정보처리속도도 빨라집니다. 

 

현재 이렇게 미세하게 그릴 수 있는 반도체 장비는 EUV 노광장비뿐입니다. EUV가 더 미세한 공정에 적합한 이유는 빛의 회절 때문입니다. 회절이란 직진하던 빛이 아주 얇은 틈을 지나갈 때 퍼지는 특성을 이야기합니다. 빛의 파동성을 보여주는 현상인데 틈이 얇을수록 빛은 넓게 퍼져버립니다.

 

보통 웨이퍼 위에 포토레지스트를 뿌리고 회로모양인 마스크를 웨이퍼 위에 올린 뒤 마스크 위에 자외선 빛을 투과하는데 이게 PR의 구조를 변화하는데 PR의 변화된 부분은 현상액에 녹게되어 원하는 모양의 패턴을 웨이퍼위에 그립니다.  그런데 마스크의 패턴이 미세화될수록 빛이 넓게 퍼져서 제대로 된 회로를 그릴 수 없습니다. 

 

빛은 파장이 짧아질수록 빛이 덜 퍼지는 회절 현상이 줄어드는데, 기존의 아르곤 불소 UV 파장보다 훨씬 더 빛의 파장이 짧은 EUV를 노광공정에 적용한 것입니다. 이것이 EUV가 미세패턴에 필수적인 이유입니다.

 

하지만 기술적 문제는 EUV는 모든 물질에 쉽게 흡수가 됩니다. 마스크를 통과할 때도, 렌즈를 통과할때도 EUV는 흡수가 됩니다. 경로상의 물분자, 공기분자에도 EUV가 흡수가 되어서 웨이퍼에 그림을 그릴 정도로 강력한 EUV를 모으는 기술이 너무 어렵습니다. 

 

 

ASML은 노광장비 내부를 진공으로 만들어 버린 데다가 투과 방식이 아닌 반사 방식으로 만들었습니다. 상당히 만드는데 어려운 기술이라 다른 기업들이 따라갈 수가 없습니다. 여기에 더해 소프트웨어도 ASML장비를 따라가기 힘듭니다.

 

EUV 노광장비 원리와 상황

EUV 노광장비 원리와 상황

 

2. EUV Optical Proximity Correction

하드웨어적으로는 ASML을 흉내 낼 수 있지만 소프트웨어적으로 ASML을 따라가기에는 아직 상당히 격차가 더더욱 큽니다. 

 

특히 마스크 패턴을 수정해주는 OPC(Optical Proximity Correction) Tool 이 ASML의 상당한 경쟁력입니다. OPC툴로 오차를 반영한 패턴으로 만들어줘야 오차범위가 줄어든 패턴으로 웨이퍼에 회로가 인쇄됩니다.

 

다른 니콘이나 캐논 같은 반도체 노광장비 회사도 물론 OPC툴을 가지고 있습니다. 어디까지나 아르곤 불소용 노광장비입니다. EUV용 OPC Tool 소프트웨어를 가진 회사는 ASML이 유일합니다. 

 

다른 업체가 ASML과 비슷한 장비를 만들어도 많이 늦었습니다. 그 이유는 글로벌 TOP2 삼성전자나 TSMC는 이미 ASML의 장비를 이미 많이 수입해서 사용하고 있기 때문에 굳이 다른 업체의 장비를 들여와 다른 소프트웨어를 깔아서 사용하기 어렵습니다. 

 

3. 펠리클 (Pelicle) 기술

 

반도체의 회로가 그려진 마스크는 단순하게 유리판처럼 생겼습니다. 하지만 이 마스크만으로도 수천만 원에서 수억 원의 가격이 듭니다.

 

일을 하다 보면 마스크가 다른 물질로 오염되는 경우가 있는데, 이럴 때마다 마스크를 교체하게 되면 엄청난 비용 손실이 들게 됩니다. 

 

마스크를 세척하는 것이 상당히 중요한데, 세척을 하는 시간은 곧 생산속도를 늦추고 이 또한 곧 비용입니다. 액정보호 필름 같은 펠리클을 마스크에 설치하게 됩니다.

 

만약에 이 펠리클이 오염되면 펠리클만 교체하여 더 빠르게 생산해낼 수 있습니다. 이 기술 또한 ASML이 최강인 기술입니다. 

 

4. 막대한 투자와 연구개발 인수

 

ASML은 업계 1등이지만 절대 방심하지 않고 더더욱 기술격차를 벌리기 위해 벌어들이는 천문학적인 돈을 또다시 기술에 투자하고 있습니다.

 

돈이 많다고 이것저것 다 손대고 인수하는 것이 아니라 핵심적으로 노광장비 기술을 위한 전략적인 인수와 연구개발을 했습니다.

 

OPC툴 전문업체인 브라이언을 2006년에 이미 인수했고, EUV제작업체인 CYMER을 인수했습니다. 특수 렌즈업체인 ZEISS와 대만의 HEREMES MICROVISION까지 인수했는데 모두 다 EUV 노광장비를 위한 인수였습니다.

 

결론

 

ASML이 반도체 장비업체 중에서 1등인 이유 4가지에 대해서 알아봤습니다. EUV라는 대체 불가능한 초미세 나노공정 반도체 장비를 가지고 있고, 소프트웨어적으로는 EUV전용 OPC툴을 가지고 있으며, 펠리클 기술과 노광장비를 위한 막대한 투자와 인수가 현재의 1등을 만들었습니다. 

 

당분간 ASML이 만들어놓은 EUV 반도체 장비 생태계는 지속될 것으로 보입니다. 언젠가 대한민국에서 EUV 노광장비를 자체 개발하여 ASML의 아성에 도전할 수 있는 날이 오기를 바라겠습니다.

 

반도체 제조공정 총정리 쉽게 보기

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