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27일(현지시각) 중국의 관련 매체 36KR에 따르면 장비 회사인 ASML의 피터 웨닝크 최고경영자(CEO)는 3분기 실적 발표에서 신규 수주액이 29억 유로에 달했고 이 중 EUV리소그래피 장비 4대가 5억9500만 유로라고 발표했다. 계산해 보면 EUV리소그래피의 가격은 대당 1억4800만 유로(약 1991억 원)에 달한다.
애플이 출시한 아이폰12에는 118억 개의 트랜지스터를 통합한 A14 칩이 탑재돼 있는데 트랜지스터 각각의 크기는 원자 수준이다. 머리털 단면에 A14 칩 트랜지스터를 20만개 이상 넣을 수 있다.
트랜지스터는 일반 현미경으로도 잘 보이지 않는다. 그것을 제조하는 장비가 바로 리소그래피다. 반도체 제조 공정에서 리소그래피는 회로 패턴이 있는 광 마스크와 광학 렌즈를 통해 레이저 빔을 투사하고, 포토레지스트로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 칩의 회로도를 노출한다. 그 다음 트렌치 부분을 에칭(깎아냄)해 노출 또는 비노출시킨 다음, 침전, 에칭, 도핑 과정을 통해 생산한다. 그 과정을 거쳐 우리가 이야기하는 반도체 칩, 바로 집적 회로가 탄생한다. 칩은 패키징 작업과 테스트를 거쳐 출하된다.
리소그래피는 한 마디로 광 노출을 통해 포토마스크에 디자인된 집적회로 패턴을 실리콘 웨이퍼에 전달하는 장비다. 이 과정에서 리소그래피는 사진 노출 및 인쇄 기계에 해당하며, 음극 필름(포토마스크)의 패턴을 인화지(실리콘 웨이퍼)에 노출·이송해 최종 사진(칩)을 만들어내는 역할을 한다. 사진 촬영과 인화 과정의 예로 보면 리소그래피는 렌즈를 포함한 사진기 본체와 암실에서의 인화 과정, 측 반도체 전체 제조 공정의 핵심을 이룬다.
집적회로는 점점 복잡해지고, 부품은 점점 작아지고 있다. 트랜지스터가 집적된 회로의 두께는 몇 나노미터에 불과하다. 이에 따라 리소그래피도 점점 정교해졌고, 노출 환경은 통상적인 환경으로부터 EUV리소그래피가 요구하는 진공상태로 진화했다. 빛을 수렴하거나 바꾸는 렌즈도 다양한 광학안경에서 EUV리소그래피의 특수한 요건을 충족시키기 위해 다층 필름으로 구성된 복잡한 거울로 진화했다. 반도체 제조 산업의 가장 중요한 장비이자 보석이다.
리소그래피는 전자, 광학, 정밀 기계, 제어 분야에서 인간의 가장 앞선 지식의 집합체다. 리소그래피는 노출 광원, 광학 시스템, 그리고 전기, 기계, 제어 시스템을 모두 포함한다. 각 시스템은 매우 높은 정밀도를 가져야 하지만 또한 완벽한 조정 능력을 가져야 한다. 요구조건이 극도로 높다.
파장이 짧아질수록 집적회로 패턴도 더욱 정교해진다. 집적되는 트랜지스터 수도 많아지고 용량은 커진다. 성능은 갈수록 강력해진다.
현재 니콘과 ASML의 고급 리소그래피는 DUV 광원을 사용하고 있으며, 달성할 수 있는 트랜지스터의 회로 선폭은 10nm까지 가능하다. 10nm 이하에서는 EUV 광원을 이용한 ASML의 대표 리소그래피가 필요하며, 이를 흔히 EUV리소그래피라고 한다.
리소그래피의 개발은 어렵다. 그래서 전 세계적으로 리소그래피를 제조할 수 있는 업체도 손으로 꼽을 정도다. 개발 경쟁에서는 미국이 앞섰다. 때문에 리소그래피 관련 특허는 미국이 가장 많이 보유하고 있다. ASML도 EUV리소그래피를 수출하려면 미국의 동의를 받아야 한다.
SUV리소그래피는 항공기 엔진과 유사하다. 열악한 개발여건 때문에 플레이어는 미국 유럽 일본 등이 고작이다. 기술적인 난이도 때문에 다른 나라는 착수조차 하지 못한다. 그만큼 희소가치가 크고 기술 난이도에 대한 대가가 크다. 그래서 가격이 비쌀 수밖에 없다.
조민성 글로벌이코노믹 기자 mscho@g-enews.com
