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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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이강인, A마드리드 데뷔전 결승골 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 이보다 짜릿한 데뷔전이 있을 수 있을까. 이강인이 라리가 복귀전이자 아틀레티코 마드리드 이적 후 첫 라리가 공식전에서 환상적인 결승골을 터뜨리며 팀의 개막전 완승을 이끌었다. 이강인은 20일(한국시간) 스페인 마드리드 리야드 에어 메트로폴리타노에서 열린 말라가와의 2026-27시즌 라리가 1라운드에서 후반 12분 교체 투입된 지 13분 만에 선제 결승골을 작렬시켰다. 아틀레티코 마드리드는 이강인의 선제 결승골과 바에나의 쐐기골로 말라가를 2-0으로 꺾으며 승점 3을 챙겼다.  [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 이강인이 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣고 기뻐하고 있다.2026.08.20 psoq1337@newspim.com 전반전 아틀레티코는 말라가의 촘촘한 수비벽에 고전하며 0-0으로 마쳤다. 디에고 시메오네 감독은 후반 시작과 함께 마르코스 요렌테를 투입하며 변화를 꾀했지만 공격 활로는 쉽게 열리지 않았다. 후반 12분 시메오네 감독은 승부수를 던졌다. 카를로스 마르틴, 호드리고 멘도사, 아르나우 오르티스를 빼고 이강인과 줄리아노 시메오네, 알렉스 바에나를 동시에 투입했다. 이강인은 루크만과 투톱을 이루며 처진 공격수 역할로 나섰다. 투입 직후 이강인은 존재감을 과시했다. 후반 14분 30여m 거리에서 과감한 왼발 중거리슛을 날렸다. 후반 20분에는 페널티아크에서 왼발 감아차기 슈팅으로 또 한 번 골문을 겨냥했다. 이어 날카로운 크로스로 코너킥을 유도하며 아틀레티코 공격에 활력을 불어넣었다. [마드리드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=이강인이 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣고 동료들의 축하를 받고 있다. 2026.8.20 psoq1337@newspim.com 후반 25분. 오른쪽 측면에서 다비드 한츠코의 롱패스를 가슴으로 컨트롤한 이강인은 중앙으로 파고들며 수비 3명을 순식간에 제친 뒤 페널티아크 오른쪽에서 왼발 감아차기 슈팅을 날렸다. 공은 말라가 골문 오른쪽 상단으로 정확히 빨려 들어갔다. 아틀레티코 홈 팬들의 우레 같은 환호가 터져 나왔고 이강인은 홈 관중 앞에서 무릎 슬라이딩을 하며 어퍼컷을 날렸다. 이강인의 이번 데뷔골은 2023년 6월 4일 마요르카전에서 마지막 라리가 골을 기록한 지 정확히 1173일 만에 터진 스페인 1부 리그 복귀골이기도 하다. 이강인의 골로 기선을 제압한 아틀레티코는 경기 흐름을 완전히 장악했다. 후반 28분에는 루크먼에게 환상적인 침투 패스를 찔러줬지만 루크먼의 슈팅이 상대 골키퍼 선방에 막히며 어시스트는 무산됐다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 이강인이 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣고 동료의 축하를 받고 있다. 2026.08.20 psoq1337@newspim.com 이강인은 경기 막판까지 헌신적인 플레이를 이어갔다. 후반 28분 아데몰라 루크먼에게 같은 침투 패스를 찔러 넣으며 기회를 창출했다. 후반 40분에는 강력한 태클로 상대 공격을 끊어내며 역습의 발판을 마련했다. 후반 42분 역습 과정에서 유려한 드리블로 상대의 반칙과 경고를 유도했다. 후반 40분에는 쐐기골이 터졌다. 알렉스 바에나가 페널티박스 왼쪽 바깥에서 얻어낸 프리킥을 직접 오른발로 골문 오른쪽 상단에 꽂아넣으며 2-0을 만들었다. 경기 종료 후 이강인은 '매치 MVP'에 선정됐다. 33분을 소화하며 1골 1도움에 버금가는 활약으로 아틀레티코의 개막전 승리를 견인한 공로를 인정받았다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣은 이강인. [사진=아틀레티코 마드리드 SNS] 2026.08.20 psoq1337@newspim.com 올여름 파리 생제르맹(PSG)을 떠나 아틀레티코 마드리드로 이적한 이강인은 병역법상 해외 출국 문제로 뒤늦게 팀에 합류하며 프리시즌을 충분히 소화하지 못했다. 이로 인해 개막전 선발 명단에서 제외됐지만 교체 카드로 투입되자마자 팀의 공격 전개를 완전히 바꿔놓았다. 이강인의 데뷔골은 올 시즌 아틀레티코 마드리드의 첫 번째 라리가 득점이기도 하다. 3년 만에 돌아온 스페인 무대에서 자신의 가치를 제대로 입증한 이강인은 새 시즌 AT 마드리드 공격의 핵심 첨병 역할을 예고했다. psoq1337@newspim.com 2026-08-20 06:43
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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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