ASML 독점, EUV 노광기를 홀로 만들게 된 배경

세상에 하나뿐인 정밀 시계 공방이 있다고 해 보겠습니다. 이 공방의 시계는 수천 개의 부품이 들어가고, 톱니 하나를 깎는 기술은 다른 장인들이 맡고 있죠. 공방은 그 장인들을 수십 년 동안 한 팀으로 묶어 왔고, 그래서 누군가 똑같은 시계를 만들겠다고 나서도 부품 장인부터 새로 키워야 합니다.

반도체 업계에서 자주 언급되는 ASML 독점은 이 공방과 닮았습니다. 최첨단 칩의 미세 패턴을 찍는 EUV 노광 장비를 양산용으로 공급하는 회사가 사실상 ASML 한 곳뿐이기 때문이죠. 이 글에서는 EUV의 물리보다 이런 구조가 어떤 역사와 협력, 기술 장벽 속에서 만들어졌는지에 초점을 맞춥니다.

ASML 독점이 가리키는 정확한 범위

먼저 범위를 분명히 해 둘 필요가 있습니다. 흔히 ASML이 모든 노광 장비를 독점한다고 말하지만, 실제로 독점에 가까운 영역은 극자외선 노광(EUV, Extreme Ultraviolet Lithography) 장비입니다.

파장 193 nm의 ArF, 248 nm의 KrF 같은 심자외선 노광(DUV, Deep Ultraviolet) 장비와 그보다 오래된 i-line 장비는 일본의 니콘과 캐논도 만들고 있습니다. ASML은 DUV에서도 큰 공급자이지만, 경쟁자가 존재한다는 점에서 EUV와는 사정이 다르죠.

작은 합작사가 DUV에서 자리를 잡기까지

ASML은 1984년 네덜란드의 필립스와 ASM 인터내셔널이 함께 세운 합작사로 출발했습니다. 당시 노광 장비 시장은 일본 기업들이 강했고, ASML은 후발 주자였죠.

ASML이 입지를 넓힌 계기로는 몇 가지 기술 선택이 꼽힙니다. 웨이퍼 하나를 노광하는 동안 다른 웨이퍼를 측정하는 듀얼 스테이지(Dual Stage) 구조의 트윈스캔 플랫폼으로 생산성을 높였고, 렌즈와 웨이퍼 사이에 물을 채워 해상도를 끌어올리는 액침 노광(Immersion Lithography)을 2000년대 중반에 일찍 상용화했죠.

2001년에는 미국의 노광 장비 기업 SVG(Silicon Valley Group)를 인수했고, 2006년 말에는 패턴 왜곡을 계산으로 보정하는 소프트웨어 기업 브리온(Brion) 인수를 발표했습니다. 장비 하드웨어에 계측과 계산 기술을 묶는 방향은 이후 EUV에서도 이어지죠.

수십 년이 걸린 EUV 개발

EUV 노광의 아이디어는 1980년대 중반 일본에서 처음 제안됐고, 1990년대 미국에서는 기업과 국립 연구소가 함께한 EUV LLC 컨소시엄이 기초 기술을 연구했습니다. 여러 노광 장비 기업이 이 기술에 관심을 보였지만, 실용화까지의 길은 예상보다 훨씬 길었죠.

ASML이 첫 시험용 EUV 장비를 내놓은 것은 2000년대 중반이었고, 양산 전 단계의 장비를 출하한 것은 2013년, 본격적인 양산용 장비를 출하하기 시작한 것은 2018년입니다. 광원의 출력이 부족해 시간당 처리할 수 있는 웨이퍼 수가 적었던 것이 가장 오래 발목을 잡은 문제였죠.

이 긴 기간 동안 ASML은 매년 막대한 연구개발비를 EUV에 쏟았습니다. 결과가 언제 나올지 모르는 기술에 이만큼 오래 투자를 이어 간 것 자체가 후발 주자가 쉽게 흉내 낼 수 없는 자산이 됐습니다.

혼자가 아니었던 독점, 협력 생태계

ASML 독점은 한 회사가 모든 기술을 혼자 가진 결과가 아닙니다. ASML은 스스로를 시스템 통합 회사에 가깝게 운영하며, 핵심 하위 시스템을 전문 협력사와 함께 개발해 왔죠.

대표적인 협력사가 독일의 자이스(Zeiss)입니다. EUV 빛을 반사해 패턴을 옮기는 거울을 만드는 곳으로, ASML은 2016년 자이스의 반도체 광학 사업부인 칼 자이스 SMT의 지분 24.9%를 인수하며 다음 세대 광학계 개발을 함께하기로 했습니다.

광원은 인수로 풀었습니다. ASML은 2012년 미국의 광원 기업 사이머(Cymer) 인수를 발표해 2013년에 마무리했고, 이로써 EUV 광원 개발을 직접 끌고 갈 수 있게 됐죠.

같은 2012년에는 인텔, TSMC, 삼성전자가 참여한 고객 공동 투자 프로그램도 시작됐습니다. 세 고객사가 ASML 지분을 사들이고 연구개발 자금을 지원한 것으로, 장비를 쓸 고객이 개발 비용까지 함께 짊어진 드문 사례였죠.

13.5 nm 빛이 만드는 기술 장벽

EUV 노광은 파장 13.5 nm의 빛을 씁니다. 이 빛은 공기를 포함한 거의 모든 물질에 흡수되기 때문에, 빛이 지나는 경로 전체를 진공으로 유지해야 하고 렌즈 대신 거울로 빛을 모아야 하죠.

거울 한 장의 반사율이 이론적으로도 70%대에 머물기 때문에, 거울을 열 장 안팎 거치면 단순 계산으로 처음 빛의 몇 퍼센트만 웨이퍼에 닿습니다. 그래서 광원 출력, 거울 표면의 원자 수준 평탄도, 주석 찌꺼기로부터 거울을 지키는 기술이 모두 생산성과 직결되죠.

개구수 0.33인 기존 EUV에 이어 개구수 0.55의 High-NA EUV도 개발됐는데, 이 역시 자이스와 함께 만든 새 광학계가 핵심입니다. 세대가 바뀔 때마다 같은 협력 구조가 다시 작동한다는 점이 ASML 독점을 더 단단하게 만들죠.

경쟁자들이 따라오지 못한 이유

일본 기업들도 EUV 시험 장비를 개발한 적이 있지만, 양산용 장비를 상용화하는 단계까지는 이어 가지 않았습니다. 그 이유는 한 가지로 단정하기 어렵지만, 몇 가지 구조적인 요인으로 설명할 수 있습니다.

첫째, 개발 비용과 기간이 너무 컸습니다. 수십 년 동안 성과 없이 투자를 이어 가야 하는 사업에서, 고객이 장비를 한 곳에서만 사도 될 만큼 시장이 크지 않다면 두 번째 공급자가 될 이유가 약해지죠.

둘째, 핵심 부품의 공급망이 이미 한 팀으로 묶였습니다. 광학계와 광원을 맡은 협력사가 ASML과 깊이 얽혀 있어서, 경쟁자는 장비뿐 아니라 거울과 광원 기술까지 처음부터 새로 키워야 하죠.

셋째, 고객이 개발에 함께 참여하면서 하나의 표준 장비로 수렴했습니다. 칩 제조사의 공정, 마스크, 감광막, 검사 장비가 모두 ASML 장비를 전제로 맞춰지면서, 다른 장비가 끼어들 틈이 점점 줄었습니다.

여기에 지정학적 요인도 더해졌습니다. EUV 장비는 네덜란드 정부의 수출 통제 대상이 되어 특정 국가로의 판매가 제한되어 왔고, 그 결과 일부 국가는 독자 기술 개발을 시도하고 있습니다. 다만 이런 움직임이 언제 어떤 결과를 낼지는 단정하기 어렵고, 이 글은 산업 구조를 설명할 뿐 특정 기업에 대한 투자 판단을 권하지 않습니다.

ASML 독점을 만든 요인 비교 표

구분	내용	경쟁자가 따라가기 어려운 이유
장기 연구개발	시험 장비에서 양산 장비까지 십수 년 이상 투자	같은 시간과 비용을 다시 들여야 함
광학계 협력	자이스와 거울·광학계 공동 개발, 지분 투자	원자 수준의 거울 기술을 새로 키워야 함
광원 확보	사이머 인수로 EUV 광원 직접 개발	주석 플라스마 광원의 출력과 안정성 확보가 어려움
고객 공동 투자	인텔, TSMC, 삼성전자의 지분 투자와 개발 자금	고객이 이미 한 장비를 전제로 공정을 설계함
생태계 수렴	마스크, 감광막, 검사 장비가 EUV 장비에 맞춰짐	장비만 만들어서는 공정에 들어갈 수 없음
정책 환경	수출 통제로 판매 지역이 제한됨	기술 이전이 막혀 독자 개발만 가능함

핵심 정리

ASML 독점은 EUV 노광 장비라는 특정 영역에서 성립하며, 그 배경에는 수십 년의 연구개발, 자이스와 사이머로 이어진 광학계·광원 생태계, 고객이 함께 비용을 나눈 공동 투자, 그리고 업계 전체가 하나의 장비로 수렴한 흐름이 있습니다. DUV에서는 여전히 경쟁자가 있다는 점도 함께 기억해 둘 필요가 있죠.

세상에 하나뿐인 시계 공방의 힘이 공방 주인 한 사람이 아니라 오랜 시간 함께해 온 장인들에게서 나오듯, ASML의 위치도 협력 구조 전체가 만든 결과입니다. 이런 구조는 기술 세대와 정책 환경에 따라 달라질 수 있으므로, 업계 소식을 볼 때는 누가 어떤 하위 기술을 확보하는지에 주목해 보면 좋습니다.

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