[세미콘코리아 2019 전시 참가기업]
ASML은 오는 2025년 극자외선(EUV:Extreme Ultra Violet) 노광 장비가 전체 리소그래피 시장에서 차지하는 매출액 비중이 85%에 달할 것이라고 전망했다. ASML은 네덜란드에 본사가 있는 세계 1위 반도체 노광장비 업체다.
반도체 생산 과정은 회로 패턴 사진을 찍고(노광), 패턴을 깎고(식각), 씻고(세정), 특수 물질을 덮는(증착) 과정의 연속이다. 이 가운데 노광이란 금속 설계 패턴이 새겨진 마스크 원판에 빛을 투과시키고, 마스크를 투과한 빛은 감광액(photoresist)이 도포된 웨이퍼로 전사, 회로 패턴이 형성되는 일련의 과정을 의미한다. 마치 사진을 찍고 인화하는 과정과 흡사하다.
노광이 반도체 생산 공정의 핵심인 이유는 작업 시간이 길기 때문이다. 1기가비트(Gb) D램 기준 칩이 완성될 때까지 걸리는 총 작업 시간에서 노광 공정이 차지하는 비중은 약 60%에 이른다. 생산원가에서 노광이 차지하는 비중도 30%가 넘는다. 그 만큼 중요하다.
지난 수십년간 노광 장비는 해상력을 높이는 방향으로 발전했다. 해상력이란 인접 두 물체를 별개 것으로 분별할 수 있는 능력을 의미한다. 만약 해상력 한계를 넘어서는 미세 패턴을 그리려 한다면 원래 패턴과는 다른 왜곡된 상이 웨이퍼에 맺히게 된다. 왜곡된 상이 맺힌 웨이퍼로는 완성 칩을 만들 수 없다.
해상력이 높으면 회로 패턴을 보다 미세하게 그려낼 수 있다. 업계는 개구수(NA:numerical aperture)가 높은 큰 렌즈를 사용하거나 짧은 파장 광원을 쓰는 방법으로 해상력을 높여왔다.
130나노 반도체까진 파장 길이가 248나노미터(nm)인 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저를 사용했다. 90나노대로 접어들면서부터 193nm 파장 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저를 활용했다. 현재 최신 반도체 양산 라인에 도입된 ArF 노광 장비는 공기보다 굴절률이 큰 액상 매체를 이용해 해상력을 높인 액침(液浸, immersion) 기술을 활용한다.
다만 30나노대 이하로 회로 선폭이 줄어들면서 액침 ArF 노광 장비 물리 회로 패턴 구현 능력도 한계치에 이르게 됐다. 이 한계를 해결하기 위해 주요 반도체 제조 회사는 한 번에 여러 번 노광 작업을 하는 더블, 쿼드러플 패터닝 기법을 도입했다. 그러나 로직 생산에 10나노 이하, D램은 10나노 중반대 공정 노드를 활용하게 되면서 이 같은 다 패터닝 기법도 한계를 드러내게 됐다. EUV 기술이 주목받는 이유는 바로 이 때문이다.
EUV는 자외선(UV)과 X-선 중간 영역에 있는 전자기파다. 13.5㎚ 파장을 가지도록 고안됐다. EUV를 활용하면 10나노 미만 반도체 회로도 여러 번이 아닌 한 번의 노광으로 만들 수 있다. 현재 전 세계에서 EUV 노광 장비를 만들 수 있는 회사는 ASML이 유일하다.
김영선 ASML코리아 대표는 “ASML은 2017년 기준 12억5000만유로(한화 1조6000억원) 이상을 연구개발(R&D)비로 지출했다”면서 “지난 5년 누적 기준 R&D 투자액은 54억유로(한화 7조) 이상”이라고 설명했다. 김 대표는 “이 같은 지속 투자를 바탕으로 ASML은 업계 최초로 트윈스캔 리소그래피 플랫폼, 이머전 시스템, EUV 시스템 등 선진 기술을 선보이며 무어의 이론 지속을 위해 노력해왔다”고 말했다.
ASML은 2018년 EUV 장비 분야에서 성과를 내기 시작했다. 2018년 총 18대의 EUV 장비를 출하했다. 2019년 30대의 EUV 장비를 출하할 수 있을 것으로 예상했다. 또한 2019년에는 고객사에서 처음으로 EUV 장비를 양산에 활용한다. 기술 발전도 계속된다. 2019년 하반기에는 시간당 155장(WPH)의 생산성을 갖춘 NXE:3400C 장비를 고객사에 전달할 예정이다.
1984년 설립된 ASML은 총 16개국 60여개 이상의 사무소에서 2만여명 이상의 임직원이 근무하고 있다.
