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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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대법, 尹 '체포방해' 징역 7년 확정 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 12·3 비상계엄과 관련해 고위공직자범죄수사처(공수처)의 체포방해·국무위원 심의권 침해 등 혐의를 받는 윤석열 전 대통령이 9일 대법원에서 징역형을 확정받았다. 윤 전 대통령은 비상계엄 사태 583일 만에 처음으로 관련 범죄에서 유죄를 확정받으며 즉시 미결수에서 기결수로 신분이 바뀌었다. 윤 전 대통령 측은 선고 직후 "대법원이 이처럼 중대한 사건을 충분한 심리 없이 종결한 데 깊은 유감"이라며 재판소원을 검토하겠다고 밝혔다. 대법원 3부(주심 이숙연 대법관)는 이날 오후 특수공무집행방해·직권남용권리행사방해 등 혐의로 기소된 윤 전 대통령에게 징역 7년을 선고한 원심을 확정했다. 윤 전 대통령은 서울고법에서 진행 중인 내란 우두머리 항소심에 출석해 대법원 법정에 나오지 않았다. 12·3 비상계엄과 관련해 고위공직자범죄수사처(공수처) 체포방해·국무위원 심의권 침해 등 혐의를 받는 윤석열 전 대통령이 대법원에서 징역형을 확정받았다. 윤 전 대통령은 비상계엄 사태 583일 만에 처음으로 관련 범죄에서 유죄를 확정받으며 즉시 미결수에서 기결수로 신분이 바뀌게 됐다. 사진은 윤 전 대통령. [사진=뉴스핌DB] ◆ "공수처, 직권남용죄 관련 범죄로서 내란죄 수사권 가져" 윤 전 대통령은 지난해 1월 대통령 경호처 직원들을 동원해 공수처의 체포영장 집행을 방해한 혐의를 받는다. 12·3 비상계엄 선포 직전 일부 국무위원만 소집해 나머지 국무위원들의 심의권을 침해하고, 계엄 해제 뒤 사후 선포문을 만들어 폐기한 혐의도 받는다. 여인형 전 국군방첩사령관 등의 비화폰 통화기록 삭제를 지시하고, 외신에 계엄과 관련한 허위 사실을 PG(프레스 가이드)로 작성·전파한 혐의도 있다. 1심은 특수 공무집행 방해·직권남용 권리행사 방해·허위 공문서 작성 혐의를 유죄로 인정하며 윤 전 대통령에게 징역 5년을 선고했다. 2심은 1심에서 무죄로 판단된 '국토교통부·산업통상자원부 장관에 대한 심의권 침해', '계엄 관련 외신 허위 공보' 등을 유죄로 뒤집으며 징역 7년을 선고했다. 이날 대법원은 체포방해 혐의의 핵심 전제인 공수처의 내란우두머리죄 수사 절차가 적법하게 진행됐다는 점을 상세히 판시했다. 대법원은 "공수처는 피고인의 직권남용 및 내란 혐의 사실이 기재된 고발장을 수리함으로써 직권남용죄에 대한 수사를 개시하는 한편, 내란우두머리죄 혐의 또한 구체적으로 인식해 이에 대한 수사도 개시했다"며 "내란우두머리죄는 직권남용죄와 배경이 되는 사실관계가 동일하고 증거도 상당 부분 중첩된다"고 했다. 이어 "결국 피고인의 내란우두머리죄는 직권남용죄의 '수사 과정에서 인지한 직접 관련성이 있는 범죄'로서 공수처법 제2조 제4호 라목의 관련 범죄에 해당하므로 공수처는 이에 대한 수사권을 가진다"고 덧붙였다. 대법원은 "공수처가 고위공직자범죄인 직권남용죄에 대해 수사를 개시하면서, 이와 관련 범죄인 내란우두머리죄를 인지해 수사를 진행한 것에 수사절차상 위법이 있다고 보기 어렵다"고 판시했다. [서울=뉴스핌] 김예원 인턴기자 = 윤석열 전 대통령의 고위공직자범죄수사처(공수처) 체포방해 등 혐의 사건 상고심 선고기일인 9일 오후 서울역 대합실에서 시민들이 관련 생중계를 시청하고 있다. 이날 대법원 3부(주심 이숙연 대법관)는 윤 전 대통령에게 징역 7년을 선고한 원심판결을 확정했다. 2026.07.09 yeawon2@newspim.com ◆ 尹측 "대법, 중대 사건인데 충분히 심리 안하고 종결" 대법원은 또한 '윤 전 대통령이 계엄 선포에 관한 국무회의를 소집하면서 일부 국무위원에게 소집 통지를 하지 않은 것은 해당 국무위원의 심의권 행사를 현실적으로 방해한 것'이라고 판단한 원심에 대해 "법리 오해의 잘못이 없다"며 수긍했다. 이밖에 허위 공문서 작성 및 허위 작성 공문서 행사, 대통령기록물 관리법 위반 및 공용서류 손상, 허위 공보로 인한 직권남용 부분 등에 대해서도 원심의 판단을 받아들였다. 대법원 관계자는 "본 판결을 통해 처음으로, 불소추특권 대상범죄에 대한 대통령 재직 중 수사의 가부 및 그 범위, 공수처법 제2조 제4호 라목의 '관련범죄'의 의미 및 판단기준, 형사소송법 제110조에서 정한 압수·수색 승낙 거부권의 요건과 그 한계를 구체적으로 밝혔다"고 설명했다. 조은석 특별검사 측은 이날 선고 직후 "법원의 판단을 존중한다"며 "앞으로도 특검은 내란, 외환 사건 공소유지에 최선을 다하겠다"고 밝혔다. 윤 전 대통령 측은 이번 선고 결과에 대해 유감을 표하며 재판소원을 검토하겠다고 했다. 변호인단은 입장문을 통해 "대한민국 헌법의 근간인 법치주의와 영장주의의 관점에서 최고법원인 대법원이 이처럼 중대한 사건을 충분한 심리 없이 종결한 데 대해 깊은 유감"이라고 밝혔다. 이어 "대통령의 형사상 불소추특권의 범위에 '재임 중 강제수사'가 허용되는지 여부는 국가 원수이자 행정부 수반의 헌법적 지위를 수호하기 위한 고도의 헌법적 쟁점"이라며 "그럼에도 하급심은 이에 대한 명확한 법리적 판단을 회피했으며, 대법원 역시 이 심각한 법리적 전제를 완전히 묵인한 채 상고를 기각했다"고 덧붙였다. 변호인단은 "헌법이 보장하는 기본권 보호를 위해 재판소원 등 헌법재판 절차를 통해 이번 판결의 위헌성을 다툴 예정"이라고 했다. hong90@newspim.com 2026-07-09 15:19
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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.
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