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[광반도체 혁명] ③ AI 칩의 탄생을 가능하게 하는 포토리소그래피

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AI 핵심 요약

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  • 황숙혜 기자가 20일 AI 반도체 핵심 공정인 포토리소그래피와 EUV 기술, ASML의 독점적 위상을 짚었다.
  • ASML은 13.5nm EUV와 8nm 구현 High-NA 장비로 최첨단 공정을 주도하며, 미국 규제로 중국은 양산 수준 EUV 확보에 난항을 겪고 있다.
  • EUV 리소그래피 시장은 AI·광통신 수요를 바탕으로 2024년 112억달러에서 2032년 487억달러 규모로 성장할 전망이다.

!AI가 자동 생성한 요약으로 정확하지 않을 수 있어요.

빛으로 반도체 회로 인쇄
태양보다 뜨거운 물리학
ASML이라는 단 하나의 병목

이 기사는 5월 20일 오후 1시22분 '해외 주식 투자의 도우미' GAM(Global Asset Management)에 출고된 프리미엄 기사입니다. GAM에서 회원 가입을 하면 9000여 해외 종목의 프리미엄 기사를 보실 수 있습니다.

[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 인공지능(AI) 반도체를 제조하는 데 필수적인 기술 중 심장부에 해당하는 것은 단연 포토리소그래피(photolithography)다.

엔비디아(NVDA)의 블랙웰이나 애플(AAPL) AI 칩, HBM(고대역폭메모리)까지 최첨단 칩을 포토리소그래피 없이 만들어 내기란 불가능하다.

전체 반도체 제조 공장의 40% 가량을 차지할 정도로 커다란 비중을 차지하는 포토리소그래피는 빛에 반응하는 감광제, 즉 포토레지스트를 웨이퍼 표면에 얇게 도포하고, 회로 청사진이 담긴 포토마스크를 통해 빛을 투과시키는 방식으로 패턴을 새기는 공정이다.

사진을 인화하듯 마스크의 패턴이 감광층에 복사되고, 현상액이 노광된 영역을 선택적으로 제거하면서 정밀한 회로 구조가 드러나게 된다.

칩의 회로 선폭, 즉 트랜지스터의 크기를 결정하는 것도, 칩의 성능과 전력 효율의 상한선을 규정하는 것도 바로 이 공정이다.

빛의 파장이 짧을수록 그리고 광학계의 개구수(Numerical Aperture, NA)가 높을수록 보다 미세한 회로를 새길 수 있는데, 이 같은 물리 법칙이 수십년에 걸친 반도체 기술 진화의 나침반이 됐다.

반도체 업계는 이런 원리를 따라 빛의 파장을 끊임없이 줄여왔다. 포토리소그래피는 수 십년에 걸쳐 진화한 기술이다.

1980~1990년대에는 수은 램프의 자외선(UV, 365nm)이 주류를 이뤘고, 이후 불화크립톤(KrF) 레이저를 활용한 심자외선(DUV, 248nm), 이어 불화아르곤(ArF) 레이저 기반의 193nm DUV로 진화했다. 193nm DUV는 이후 물을 굴절 매질로 활용하는 액침(immersion) 기술과, 하나의 층을 여러 차례 나눠 노광하는 다중 패터닝(multi-patterning) 기법으로 수명을 연장했지만 비용 상승과 공정의 복잡성 측면에서 뚜렷한 한계를 드러냈다.

ASML이 개발한 하이-NA EUV [사진=업체 제공]

DUV가 인쇄할 수 있는 최소 구조는 약 30nm 수준이다. 기존 EUV의 최소 임계 치수 13.5nm와 비교하면 레고와 듀플로의 차이라 할 수 있다. 결국 7나노 이하 공정에서의 벽을 넘기 위해서는 파장 자체를 혁명적으로 줄여야 했다.

한 단계 발전한 극자외선(EUV, Extreme Ultraviolet) 리소그래피는 13.5nm의 엑스선에 가까운 파장의 빛을 사용한다. EUV 파장의 빛은 공기 중 산소와 질소에 즉시 흡수되기 때문에 광원에서 웨이퍼에 이르는 전체 광학 경로를 고진공 상태로 유지해야 한다. 뿐만 아니라 일반 유리 렌즈는 EUV를 투과시키지 못하므로 반사경만으로 빛을 제어해야 한다.

몰리브덴과 실리콘을 수십 층 교대로 적층한 브래그 반사경(Bragg reflector)이 활용되고, 각 반사경의 표면 거칠기는 0.1nm 이하, 즉 원자 수십 개 크기 수준으로 관리돼야 한다. 이런 극한의 공학적 정밀성을 상용 양산 장비로 구현한 전세계 단 하나의 기업이 네덜란드의 ASML이다.

ASML의 EUV 장비(TWINSCAN NXE 시리즈) 한 대의 가격은 약 2억 달러에 달한다. 업체가 2024년 말부터 출하를 시작한 차세대 High-NA EUV 장비, TWINSCAN EXE:5000의 가격은 약 3억8000만달러로 알려졌다. 장비 한 대를 제작하는 데 전세계 수천 개 공급사로부터 조달한 10만개 이상의 부품이 필요하고, 완성까지 1년 이상의 기간이 걸린다. TSMC(TSM)와 삼성전자, 인텔(INTC)이 수년치 물량을 선주문하는 이유도 이 때문이다.

구조적 병목에 지정학이 맞물리면서 EUV 장비의 수출 허가 여부는 국가 간 기술 패권 경쟁의 핵심 변수가 됐다. 미국은 2019년부터 네덜란드 정부를 압박해 ASML의 대(對)중국 EUV 장비 수출을 차단했고, 2023년에는 DUV 장비 일부에 대한 수출 통제도 추가로 부과했다.

미국 싱크탱크 CNAS(Center for a New American Security)의 분석에 따르면, ASML은 DUV 장비의 약 70%를 중국 기업에 공급했을 만큼 중국 의존도가 컸지만 EUV만큼은 단 한 대도 중국에 반입되지 않았다. 2024년 12월에는 워싱턴이 추가적인 규제 허점까지 보완하며 통제를 한층 강화한 상태다.

중국도 손을 놓고 있지 않다. 2025년 말 로이터 통신은 선전의 비밀 연구팀이 EUV 광원 생성에 성공한 시제품을 만들었다고 보도했다. CNAS는 이 주장을 액면 그대로 받아들이더라도 상업적 양산 수준의 장비 완성이 2030년 이전에는 어려울 것으로 판단한다. 물리적 장벽을 넘는 것과 이를 초당 5만 회의 주석 플라즈마 생성으로 안정화하며 수율을 확보하는 양산 장비로 만드는 것 사이에는 수십 년의 공학적 축적이 요구된다는 얘기다.

현재 기술의 최전선은 개구수(NA)를 기존 0.33에서 0.55로 높인 High-NA EUV로 이동하고 있다. ASML의 TWINSCAN EXE:5000은 임계 치수(Critical Dimension) 8nm를 구현, 기존 Low-NA EUV의 13nm 대비 약 1.7배 미세한 트랜지스터와 약 3배 높은 집적 밀도를 가능하게 한다. 단일 노광(single exposure)으로 이 수준의 패턴을 찍을 수 있다는 것은 비용과 복잡성을 대폭 낮출 수 있다는 의미이기도 하다.

도입에 가장 적극적인 곳은 인텔이다. 업체는 2024년 초 ASML로부터 EXE:5000 1호기를 인도받아 자사 팹에 설치했고, 14A 공정 노드를 이 장비로 구현하겠다는 로드맵을 공개했다. ASML이 High-NA의 다음 단계인 '하이퍼-NA(Hyper-NA)'를 개발 중인 가운데 전문가들은 2032년에서 2035년 사이에 해당 기술이 등장할 것으로 전망하고 있다.

앞서 다룬 실리콘 포토닉스 칩과 CPO(Co-Packaged Optics) 소자 역시 결국 포토리소그래피의 정밀도 위에서 제조된다. 광 도파로(optical waveguide)의 선폭과 마이크로 링 공명기의 크기가 나노미터 수준으로 정밀하게 제어돼야 원하는 파장의 빛을 정확히 다룰 수 있기 때문이다.

AI 시대 빛이 데이터를 나를 뿐 아니라 빛을 나르는 칩을 만드는 데도 EUV, 즉 빛이 필요하다는 얘기다.

보도에 따르면 EUV 리소그래피 시장은 2024년 기준 약 112억6000만달러로 집계됐고, 관련 업계는 2032년까지 487억6000만달러로 성장하는 시나리오를 제시하고 있다.

 

shhwang@newspim.com

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다이슨, 68만원 전동 칫솔 공개 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 고가의 무선청소기와 헤어드라이기로 유명한 영국 가전기업 다이슨이 인공지능(AI) 탑재 전동 칫솔을 선보이며 구강케어 시장에 도전장을 내밀었다.  1일(현지시간) 월스트리트저널(WSJ)은 다이슨이 초소형 카메라와 AI 기술을 탑재해 칫솔질과 치실 기능을 동시에 수행하는 신제품 '다이슨 카메라제트(CameraJet)' 칫솔을 공개했다고 보도했다. 이번 신제품은 평소 치과 스케일링 치료에 극심한 공포와 불편함을 느꼈던 제임스 다이슨(79) 창업자의 개인적 경험에서 출발했다. 다이슨은 인터뷰에서 "나는 치실 사용을 꽤 꼼꼼하게 하는 편인데도, 치과 위생사는 뾰족한 곡괭이 같은 기구로 치석을 깎아낸다. 매번 갈 때마다 큰 스트레스였다"며 개발 배경을 밝혔다. 다이슨 엔지니어진이 6년간 개발한 이 제품은 헤드 부분에 장착된 초소형 카메라가 초당 28장의 실시간 이미지를 분석해 치아 사이의 틈새를 식별한다. 틈새가 감지되면 원깔때기 형태의 구강청결제를 순간적으로 분사해 플라크(치태)를 제거하는 방식이다. 기기를 기울이거나 뒤집어도 액체가 일정하게 분사되도록 무중력 탱크와 전용 펌프 메커니즘을 적용했다. 제품은 이달부터 세포라, 베스트바이, 아마존 등에서 세라믹 핑크와 블루 색상으로 우선 판매되며, 가을 중 코스트코에도 입점할 예정이다. 칫솔 가격은 499달러로, 한화로 약 68만 원이다. 여기에 기기와 카메라 시야를 가리지 않도록 특수 제작된 전용 '거품 없는 치약'도 있다.  다이슨 특유의 과감한 사업 방식도 눈길을 끈다. 별도의 구체적인 매출 목표나 비즈니스 플랜을 세우지 않고 제품을 출시했다는 그는 "매출 규모가 얼마나 될지 전혀 예측할 수 없다"면서도 "상업적으로 실패하더라도 과거 전기차 프로젝트처럼 수용하고 중단하면 될 뿐"이라고 덧붙였다. [사진= 다이슨 영국 홈페이지] wonjc6@newspim.com 2026-09-02 10:48
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평균급여 1억 넘는 '톱10' 기업은 [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 국내 500대 기업의 올 상반기 직원 1인당 평균급여가 5500만원에 육박한 것으로 나타났다. 한국금융지주는 1억8400만원으로 가장 높았고 금융권을 제외하면 SK하이닉스가 1억4400만원으로 1위를 차지했다. 2일 기업데이터연구소 CEO스코어가 500대 기업 가운데 2025년과 2026년 반기 급여 비교가 가능한 345개사를 분석한 결과, 올 상반기 직원 1인당 평균급여는 5499만원으로 집계됐다. 지난해 같은 기간 5136만원보다 7.1%(363만원) 늘었다. [사진=CEO스코어] 기업별로는 한국금융지주가 1억8400만원으로 가장 높았다. 메리츠증권(1억6521만원), 한국투자증권(1억6200만원), 유안타증권(1억4900만원), SK하이닉스(1억4400만원)가 뒤를 이었다. 상반기 평균급여가 1억원을 넘은 기업은 모두 20곳이었다. 이 가운데 증권사가 12곳, 금융지주가 5곳으로 대부분을 차지했다. 비금융권에서는 SK하이닉스와 두나무, 두산 등 3곳만 이름을 올렸다. 업종별 평균급여는 금융지주가 1억1388만원으로 가장 높았고 증권(1억710만원), 통신(6967만원), 은행(6700만원) 순이었다. 평균급여가 가장 낮은 곳은 이랜드월드로 1700만원이었다. 한국금융지주와의 격차는 1억6700만원으로 10.8배에 달했다. CJ프레시웨이(1900만원), 현대그린푸드(2032만원) 등도 하위권에 머물렀다. syu@newspim.com 2026-09-02 10:18
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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