ASML(ASML): 현대 반도체의 초석

칩 제조 도구

반도체, 특히 컴퓨터 칩은 지구상에서 가장 중요한 기술이자 필수품 중 하나로 빠르게 자리 잡았습니다. PC 시대 초창기부터 스마트폰과 클라우드 컴퓨팅, 그리고 AI의 등장에 이르기까지, 칩의 중요성과 수요는 계속해서 증가해 왔습니다.

출처: 응용 재료

흥미로운 산업인데, 어떤 주체도 수직적으로 통합되어 있지 않습니다. 대신, 이 산업은 매우 전문화된 기업들이 모여서 이루어지며, 각 기업은 평범한 모래(실리콘)를 생각하는 기계로 바꾸는 여러 중요한 단계 중 하나를 수행합니다.

이 분야의 가장 큰 회사는 칩 설계자이거나 엔비디아 (NVDA )또는 칩의 실제 제조를 수행하는 "파운드리" TSMC (TSM ) (이러한 회사에 대한 전문 투자 보고서는 링크를 따라가서 확인하세요).

이러한 회사는 칩 생산에 필요한 기계를 위해 전문 공급업체에 크게 의존합니다.

출처: ASML

그리고 EUV(극자외선) 리소그래피 분야를 독점하고 있는 기업, 네덜란드의 ASML보다 더 중요한 기업은 없습니다.

반도체 제조에서 ASML의 역할

리소그래피가 칩 소형화를 촉진하는 방식

ASML은 리소그래피 장비 전문 기업입니다. 리소그래피(문자 그대로 "바위 조각"을 의미)는 프로세서의 "노드"를 실리콘 웨이퍼에 새겨 컴퓨터 칩으로 만드는 기술입니다.

출처: 자연

칩이 더 발전할수록 노드는 더 작아지고 리소그래피 공정은 더 복잡해집니다. 노드의 지속적인 소형화와 리소그래피 기술의 발전은 무어의 법칙에 따라 컴퓨터가 해마다 더욱 강력해지는 데 기여했습니다.

출처: 스티븐 저 벳슨

평판 인쇄는 실리콘 웨이퍼를 컴퓨터 칩으로 바꾸는 전체 공정의 한 단계로, 전체 칩을 만드는 데 보통 40~80회의 사이클이 필요합니다.

출처: ASML

평판 인쇄의 주요한 물리적 한계는 조각되는 노드가 조각에 사용되는 강력한 빛의 파장보다 클 수 없다는 것입니다.

출처: ASML

트랜지스터가 작아지면서 점점 더 높은 주파수의 빛이 필요해졌고, 오늘날에는 자외선 스펙트럼의 상한선까지 필요해졌습니다.

가시광선 스펙트럼을 벗어나는 첫 번째 단계는 I-라인이었고, 그 뒤를 이어 DUV(심자외선) 리소그래피가 이어졌습니다.

출처: 아이코메트루

이러한 방식들은 스마트폰과 데이터 센터의 성능이 더욱 향상되는 시대에 업계를 이끌어 온 핵심 기술이었습니다. 하지만 최첨단 장비를 위해서는 새로운 기술, EUV(극자외선) 리소그래피가 필요했습니다.

EUV 리소그래피란 무엇이고 어떻게 작동하나요?

EUV는 최대 7nm, 심지어 5nm, 3nm 이상의 초소형 노드를 구현할 수 있도록 합니다. 이러한 첨단 노드 수준은 AI, 머신러닝, 5G, AR/VR, 그리고 고급 클라우드 서비스와 같은 애플리케이션에 필수적인 것으로 여겨집니다.

ASML이 DUV 기술을 선도하고 있지만 EUV는 ASML이 유일한 EUV 칩 제조 장비 제조업체이기 때문에 더욱 중요합니다. 하지만 일부 중국 기업은 가능한 한 빨리 이 부문에 진출하려고 하고 있습니다(해당 주제에 대한 자세한 내용은 아래를 참조하세요).

EUV 기술은 다음과 같은 일련의 기술적 한계로 인해 익히기가 매우 어렵습니다.

• 거의 모든 것이 EUV 빛을 흡수하기 때문에 이 과정은 진공 환경에서 진행됩니다.
• 강력한 레이저 형태의 매우 강력한 에너지원이 필요합니다. 최대 40kW 레이저 사용이런 종류의 레이저 증폭기는 7.3km의 케이블이 필요하고, 무게는 17톤이며, 450,000만 개 이상의 부품으로 구성되어 있습니다.
• 레이저는 지름 25마이크론의 작은 주석 물방울을 자극하여 초당 50,000개의 물방울이 떨어집니다.
  • 그런 다음 주석은 레이저에 의해 플라즈마로 증발하면서 EUV 빛을 방출합니다.

출처: 세미 엔지니어링

이러한 각 단계에는 매우 진보된 측정, 도구, 제어 장치, 센서가 필요하며, 이 모든 것이 마이크로미터와 나노초 단위로 측정되는 정밀성을 갖춘 엔지니어링입니다.

ASML은 수십 년간 리소그래피 장비를 개발하며 쌓아온 심층적인 전문 지식을 바탕으로 EUV 기술의 (지금까지?) 독보적인 선두주자입니다. 또한 주요 공급업체들과 긴밀한 네트워크를 구축했는데, 예를 들어 최대 1미터 크기의 거울과 피코미터(XNUMX조분의 XNUMX미터) 수준의 표면 평활도를 구현하는 거울을 생산합니다.

매우 정밀한 기계 외에도 EUV에는 다음이 필요합니다. 전문적이고 독점적인 소프트웨어 교정, 진단, 평가 및 자동화를 위해.

EUV가 확실히 이 회사의 미래이고 매출의 상당 부분을 차지하지만, 덜 발전된 DUV 제조 칩이 여전히 세계 반도체 생산의 대부분을 차지하고 있습니다.

출처: ASML

ASML

ASML 회사 개요 및 주요 지표

이 회사는 1984년 네덜란드 기업 ASM과 필립스의 합작 투자로 설립되었습니다. 현재 44,000개 사업장에서 60명 이상의 직원을 고용하고 있습니다. 설립 초기부터 TSMC와 협력해 왔으며, 90년에는 이미 2004nm 노드용 리소그래피 장비를 공급하고 있었습니다.

2011년까지 회사는 32nm 노드용 리소그래피 장비를 제공했으며, 당시 리소그래피 장비의 평균 가격은 27만 유로였습니다.

2022년까지 회사는 140대의 EUV 기계를 판매했는데, 기계당 가격은 200억 달러 이상이었고, 747톤 기계 한 대를 운반하려면 보잉 180 XNUMX대가 필요했습니다.

ASML 지표

ASML은 2024년에 28.3대의 리소그래피 장비를 판매하여 583억 유로의 매출을 올렸습니다. 회사는 51.3%라는 놀라운 매출 총이익률을 기록하며, 4.3년 대비 거의 두 배에 달하는 2020억 유로를 R&D에 쉽게 재투자할 수 있게 되었습니다.

출처: ASML

이 회사는 44년까지 매출이 60억~2030억 유로로 성장할 것으로 예상하고 있으며, 총 마진은 56~60%가 될 것으로 보고 있습니다.

ASML은 리소그래피 분야에서 업계를 선도하는 성공을 거두었고, 이로 인해 주주들에게 막대한 수익이 환원되었습니다. 3년에는 2024억 유로가 주주들에게 환원되었고, 2018년 이후 배당금은 XNUMX배가 되었습니다.

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이 회사는 지난 15년 동안 전반적인 나스닥보다 훨씬 더 좋은 성과를 거두었으며, 특히 기술 주식에 전반적으로 유리했던 XNUMX년 동안에는 더욱 그러했습니다. 또한 전체 반도체 지수와도 일치했습니다.

출처: ASML

이 회사는 2030년까지 평판 인쇄 기계 설치 기반이 계속 성장할 것으로 예상하며, 이에 따라 유지보수 및 서비스 업그레이드로 인한 수익이 크게 증가할 것으로 기대합니다.

출처: ASML

EUV는 단위당 가장 많이 판매되는 기계는 아니지만 가격이 더 높기 때문에 회사 수익의 절반을 차지합니다.

2024년 말과 2025년 초 매출의 대부분은 대만, 한국, 미국, 중국으로 향했습니다. 일반적으로 대만에서의 매출은 주로 TSMC, 한국에서는 삼성, 미국에서는 TSMC(네바다에 신규 파운드리 설립)로 향하는 것으로 추정됩니다. 인텔 (INTC ).

출처: ASML

중국으로의 판매는 예전에는 훨씬 더 많았지만, 미국과 중국 칩 제조업체가 현지 공급업체로 전환하려는 움직임으로 인해 중국으로의 ASML 판매는 오래된 리소그래피 기술로만 줄어들었습니다.

ASML의 중국 시장 위험 및 제재 영향

제재 전쟁

중국은 대만과 함께 세계 최대의 반도체 생산국 중 하나이므로 ASML은 이 시장에서 많은 매출을 올리곤 했습니다.

그러나 수년간 긴장이 고조되고 미국 행정부가 중국 반도체 산업에 대한 제재를 점차 강화하면서 ASML의 시장 상황은 급격하게 변화했습니다.

2022년 여름, 미국은 EUV 장비의 중국 수출을 금지했습니다. 이는 ASML이 네덜란드 기업이지만, 리소그래피 장비 생산을 위해 핵심 미국 지적재산권(IP)에 의존하고 있기 때문에 가능했습니다.

이후 ASML과 같은 DUV 장비의 수출도 이루어졌습니다. 트윈스캔 NXT:1980Di 제한 조치로 인해 중국은 덜 발전된 DUV 기술에만 접근할 수 있었습니다. 이 제재는 부분적으로 최근 화웨이가 2023년 XNUMX월 EUV 장비 없이 첨단 칩을 생산하는 데 성공했습니다..

중국 솔루션

화웨이는 자체 EUV 솔루션 개발을 목표로 하고 있습니다. 특허를 가지고 이미 2022년 XNUMX월에 입금됨.

또 다른 중국 회사인 SMIC는 EUV 없이도 기존 DUV 장비를 사용하여 5nm 칩을 생산하는 데 성공했습니다.

"이 방법은 EUV의 정밀도를 모방하기 위해 SAQP를 사용하여 여러 단계의 리소그래피 및 에칭 단계를 적층하는 것을 포함합니다. 이 방법은 속도가 느리고 오류가 발생하기 쉬우며 비용이 많이 들지만, 효과는 있습니다."

SMIC와 화웨이 모두 자가정렬 쿼드러플 패터닝(SAQP) 리소그래피를 이용한 3nm 칩 개발을 검토하고 있습니다. 화웨이는 또한 실리콘을 탄소나노튜브로 대체하는 3nm 칩 설계를 개발하고 있습니다.

마지막으로, 중국산 EUV 장비 곧 국내에서 출시될 수도 있습니다. 또 다른 대안은 다음과 같습니다. 주석 플라즈마가 아닌 입자 가속기를 사용하여 EUV 광을 생성합니다., 2023년에 이미 논의된 아이디어 2022년 과학 출판물.

ASML에 대한 위험인가?

전반적으로 볼 때, ASML은 장기적으로 중국 시장을 잃을 가능성이 높습니다. 중국이 서구 기술에 의존할 수 없게 되고, 반도체 공급망 전체를 처음부터 다시 구축해야 하기 때문입니다.

현재로선 이는 ASML에 대한 사업적 위협이라기보다는 미국과 중국 간의 전략적 경쟁 문제입니다.

그 이유는 다음과 같습니다.

• DUV를 중국에 판매하는 것은 ASML의 총 수익의 일부에 불과합니다.
• 기존 DUV를 사용해 EUV를 우회하는 방법은 기술적으로 실행 가능하지만 신뢰성이 떨어지기 때문에 칩 가격이 더 비쌉니다.
  • 이로 인해 화웨이와 기타 중국 전자 회사는 첨단 칩 분야에서 경쟁력을 갖추지 못했지만, 국제 시장에서 경제적으로 경쟁력을 갖추지 못했습니다.
• 화웨이가 만든 EUV 기계는 많은 개선과 미세 조정이 필요하며, 한정된 수량만 생산되어 수년간 중국 국내 수요를 충족시키는 데만 집중할 것입니다.
• 사이클로트론 기반 EUV 생성은 아직 이론 단계에 있으며, 현재 사용되는 EUV 기술에 대한 실행 가능한 대안이 되려면 수년 또는 수십 년이 걸릴 것입니다.

비 EUV 판매

중국의 EUV 장비 개발 시도 여부와는 별개로, DUV 판매는 안정적으로 유지될 것으로 예상됩니다. EUV가 대부분의 LOGIC 및 DRAM 핵심 레이어의 표준이 되었지만, 다른 모든 레이어는 DUV 기술을 사용하여 패터닝되기 때문입니다.

따라서 DUV에서 ASML의 강력한 입지는 기존 시설의 서비스 및 유지관리를 포함하여 각 기계가 20년 이상 작동할 경우 안정적인 수익을 보장합니다.

이는 EUV의 개발과 도입이 중요하지만 회사의 단기적 전망에 있어서는 필수적인 것은 아니라는 것을 의미합니다.

이는 품질 관리를 위한 완제품의 센서 및 계측(측정)과 같은 리소그래피 기계의 부가 시스템에도 적용됩니다.

출처: ASML

리소그래피의 미래

ASML은 혁신을 지속하고 있으며 광학 유리 제조업체와 같은 새로운 핵심 기술의 인수도 적극적으로 진행하고 있습니다. 2020년 베를리너 글라스 그룹, 차세대 칩 제조 기계를 추진할 수 있습니다.

출처: ASML

중국 경쟁사들이 향후 몇 년 안에 상업적 규모의 EUV 솔루션을 출시할 가능성이 있습니다. 하지만 ASML은 이미 다음 단계인 고NA 리소그래피"NA"는 개구수(Numerical Aperture)를 의미하며, 광학 시스템이 얼마나 많은 빛을 모아 초점을 맞출 수 있는지를 측정하는 단위입니다.

ASML은 이 기술 분야에서 빠르게 발전하고 있습니다. 최신 광학 혁신은 비구면 거울에서 피코미터 안정성(1/200 Si 원자)을 향한 EUV 로드맵의 기반을 마련했습니다.

높은 개구수(NA)를 가진 EUV 광학 기술은 생산성이 더 높은 EUV 플랫폼을 구축하는 데 도움이 될 것입니다. 이를 통해 EUV 성능과 생산성 향상을 향후 2030년(XNUMX년 이상)까지 크게 앞당길 수 있을 것입니다.

출처: ASML

고 NA 기술은 더 정밀하고 빠를 뿐만 아니라 에너지 효율성도 높아야 합니다. 점점 더 강력해지는 리소그래피 기계를 운영하는 데 상당한 에너지 비용이 들기 때문에 이에 대한 우려가 커지고 있습니다.

2nm 노드 칩과 그보다 작은 칩의 대량 생산에는 고NA EUV가 사용될 가능성이 가장 높습니다.

출처: ASML

인텔은 High-Na EUV의 초기 도입자였습니다. 오리건 주에 있는 파운드리에서요. 이 기능은 파운드리에서 여전히 많이 구현되고 있으며, 에칭과 같은 다른 기술도 향후 성능 향상에 역할을 할 수 있습니다..

"High NA EUV를 추가함으로써 Intel은 업계에서 가장 포괄적인 리소그래피 툴박스를 보유하게 되며, 이를 통해 Intel은 이 18년의 후반기까지 Intel XNUMXA를 넘어서는 미래 공정 역량을 추진할 수 있게 됩니다."

마크 필립스 - 인텔'의 D인텔 파운드리 로직 기술 개발을 위한 리소그래피, 하드웨어 및 솔루션 책임자.

기계당 400억 달러의 가격표 또한 일부 파운드리에서 최소한 한 세대의 칩 도입을 연기하도록 권장하고 있습니다.

그럼에도 불구하고, 높은 NA의 EUV는 ASML이 비교적 쉽게 진전할 수 있는 단계일 것으로 보인다. ASML은 지난 20년간 "일반적인" EUV를 가능하게 하는 데 사용된 많은 기술과 경험을 재사용하고 있기 때문이다.

EUV 리소그래피 시스템 전반에 걸쳐 공통성과 모듈성을 우선시한 이유는 무엇일까요? 20년간의 EUV 개발 경험을 통해 얻은 교훈을 모든 시스템에 적용할 수 있기 때문입니다.

검증된 기술을 사용하면 문제 발생 위험을 줄일 수 있습니다. 또한, 모듈은 고객 팹에 시스템을 설치하고 통합하는 과정을 간소화합니다.

맺음말

ASML은 기계 및 엔지니어링 분야에서 최고 수준의 정밀성을 추구하는 데 전념하여 틈새 시장을 장악하며 리소그래피 기업으로 성장했습니다.

이 회사는 AI 기술, 최고급 데이터 센터, 최신 스마트폰 개발에 필요한 모든 최첨단 칩을 생산하는 가장 중요한 기술인 EUV를 사실상 독점하고 있습니다.

만약 미국이 중국에 EUV 수출을 금지하는 제재를 가하지 않았다면 ASML은 아마도 10년에서 20년 동안 이 기술의 유일한 주요 공급업체로 안정적으로 자리매김했을 것입니다.

제재와 전략적 취약점으로 지적된 부분에 쏟아부은 수백억 달러의 자금으로 인해 중국 제조업체들은 언젠가 ASML의 강력한 경쟁자가 될지도 모릅니다. 하지만 중국 제조업체들은 여전히 뒤처져 있으며, DUV 장비, 낮은 수율, 높은 비용으로 만족해야 하는 상황에 놓여 있습니다.

그리고 중국산 EUV 장비가 곧 더 나은 대안을 제시하기를 기대합니다. 화웨이와 SMIC가 2025년 EUV 기술을 따라잡을 때쯤이면 ASML은 이미 고개수(High-NA) EUV를 도입하고 있을 가능성이 높습니다.

따라서 중국이 자국 공급망을 따라잡고 구축할 수 있는 능력을 과소평가하는 것은 위험할 수 있지만, 과장해서도 안 됩니다. 현재 상황에서 ASML은 최소 향후 10년 동안 첨단 칩 제조용 리소그래피 분야의 선두 자리를 유지할 것이며, 그보다 훨씬 더 오랫동안 경쟁력을 유지할 것으로 예상됩니다.

ASML은 DUV와 계측 분야에서도 매우 강력한 입지를 확보하여 추가 수익을 창출하고, 이를 통해 R&D 예산을 지원합니다.

회사의 품질 외에 투자자들이 가장 먼저 고려해야 할 사항은 바로 가치 평가입니다. 독점적 지위와 업계 전반의 성장세로 인해 ASML의 주가는 미래 성장을 상당 부분 반영하고 있습니다.

이는 타당한 것처럼 보이지만, 동시에 가치 평가가 결코 저렴하지 않다는 것을 의미합니다. ASML의 주가수익비율은 "낮음" 20에서 최대 54까지 다양합니다.

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