ASML (ASML): 현대 반도체의 핵심

칩 제조 도구

반도체, 특히 컴퓨터 칩은 빠르게 세계에서 가장 중요한 기술이자 상품 중 하나가 되었습니다. PC 시대 초창기부터 스마트폰과 클라우드 컴퓨팅, 인공지능의 부상에 이르기까지 칩의 중요성과 수요는 계속 커졌습니다.

출처: Applied Materials

반도체 산업은 어느 기업도 수직계열화를 완성하지 못한 독특한 구조를 갖고 있습니다. 대신 평범한 모래의 주성분인 실리콘을 사고하는 기계로 바꾸는 여러 핵심 단계마다 초전문화된 기업들이 참여합니다.

이 분야의 대기업은 Nvidia (NVDA )와 같은 칩 설계사이거나, TSMC (TSM )처럼 실제 칩 생산을 담당하는 파운드리입니다. 링크에서 해당 기업의 투자 분석을 확인할 수 있습니다.

이 기업들은 칩 생산에 필요한 장비를 공급하는 전문 업체에 크게 의존합니다.

출처: ASML

그중에서도 극자외선(EUV) 리소그래피 장비를 독점하는 네덜란드 기업 ASML만큼 중요한 곳은 없습니다.

반도체 제조에서 ASML의 역할

리소그래피가 칩 소형화를 어떻게 가능하게 하는가

ASML은 리소그래피 장비 전문 기업입니다. 문자 그대로는 ‘돌에 새기기’를 뜻하는 리소그래피는 프로세서의 노드를 실리콘 웨이퍼에 새겨 컴퓨터 칩으로 만드는 공정입니다.

출처: Nature

칩이 고도화될수록 노드는 작아지고 리소그래피 공정은 더 복잡해집니다. 무어의 법칙에 따라 해마다 컴퓨터 성능이 향상될 수 있었던 것은 노드의 지속적인 미세화와 리소그래피 기술의 발전 덕분입니다.

출처: Steven Jurvetson

리소그래피는 실리콘 웨이퍼를 컴퓨터 칩으로 만드는 전체 공정 중 한 단계이며, 완성된 칩 하나를 만들기 위해 보통 40~80회의 사이클을 거칩니다.

출처: ASML

리소그래피의 핵심 물리적 한계는 새길 수 있는 노드가 사용되는 강한 빛의 파장보다 작아지기 어렵다는 점입니다.

출처: ASML

따라서 트랜지스터가 작아질수록 더 높은 주파수의 빛이 필요했고, 오늘날에는 자외선 스펙트럼의 고주파 영역을 점점 더 많이 사용합니다.

가시광선 영역을 벗어난 첫 단계는 I-line이었고, 곧이어 심자외선(DUV) 리소그래피가 등장했습니다.

출처: Icometrue

이러한 방식은 스마트폰과 데이터센터의 성능이 계속 높아지던 시대를 이끌었습니다. 그러나 가장 첨단 장비에는 새로운 기술인 극자외선(EUV) 리소그래피가 필요했습니다.

EUV 리소그래피란 무엇이며 어떻게 작동하는가

EUV는 7nm뿐 아니라 5nm, 3nm, 그 이하의 초미세 노드를 구현할 수 있습니다. 이러한 첨단 노드는 AI, 머신러닝, 5G, AR/VR, 고급 클라우드 서비스에 필요한 것으로 여겨집니다.

ASML은 DUV 기술의 선두 주자이지만 EUV는 더욱 중요합니다. ASML은 EUV 칩 제조 장비를 생산하는 유일한 기업이기 때문입니다. 다만 일부 중국 기업도 가능한 한 빨리 이 시장에 진입하려 하고 있으며, 이에 대해서는 아래에서 자세히 다룹니다.

EUV 기술은 다음과 같은 기술적 제약 때문에 구현하기가 매우 어렵습니다.

• 거의 모든 물질이 EUV 빛을 흡수하기 때문에 공정은 진공 환경에서 진행됩니다.
• 강력한 레이저 형태의 매우 큰 에너지원이 필요하며, 최대 40kW 레이저가 사용됩니다. 이러한 레이저 증폭기에는 7.3km의 케이블이 필요하고 무게는 17톤이며 45만 개가 넘는 부품으로 구성됩니다.
• 레이저는 지름 25마이크로미터의 작은 주석 방울을 초당 5만 개씩 자극합니다.
  • 이후 주석은 레이저의 에너지로 플라즈마가 되면서 EUV 빛을 방출합니다.

출처: Semi Engineering

각 단계에는 극도로 정교한 측정, 도구, 제어 장치, 센서가 필요하며, 모든 공학적 정밀도는 마이크로미터와 나노초 단위로 관리됩니다.

ASML은 수십 년간 리소그래피 장비를 제작하며 축적한 전문성을 바탕으로 현재까지 EUV 기술에서 압도적인 선두를 지키고 있습니다. 또한 지름 1m에 이르면서 표면 거칠기가 피코미터, 즉 1조분의 1m 수준인 거울 등을 공급하는 핵심 업체들과 촘촘한 네트워크를 구축했습니다.

EUV에는 정밀한 장비뿐 아니라 보정, 진단, 평가, 자동화를 위한 전문 독점 소프트웨어도 필요합니다.

EUV가 ASML의 미래이자 매출의 큰 부분을 차지하는 것은 분명하지만, 상대적으로 덜 첨단인 DUV 공정 칩이 여전히 세계 반도체 생산의 대부분을 차지합니다.

출처: ASML

ASML

ASML 회사 개요 및 주요 지표

ASML은 1984년 네덜란드 기업 ASM과 Philips의 합작회사로 설립되었습니다. 현재 60개 지역에서 4만 4천 명 이상을 고용하고 있습니다. 설립 초기부터 TSMC와 협력했으며 2004년에는 이미 90nm 노드용 리소그래피 장비를 공급했습니다.

2011년에는 32nm 노드용 리소그래피 장비를 공급했으며, 당시 장비 한 대의 평균 가격은 2,700만 유로였습니다.

2022년까지 ASML은 대당 2억 달러가 넘는 EUV 장비 140대를 판매했습니다. 무게 180톤인 장비 한 대를 운송하는 데 Boeing 747 세 대가 필요했습니다.

ASML 지표

2024년 ASML은 리소그래피 장비 583대를 판매해 283억 유로의 매출을 올렸습니다. 매출총이익률은 51.3%에 달해 연구개발에 43억 유로를 재투자할 수 있었으며, 이는 2020년의 거의 두 배입니다.

출처: ASML

회사는 2030년 매출이 440억~600억 유로로 성장하고 매출총이익률은 56~60%에 이를 것으로 예상합니다.

리소그래피 분야에서 업계를 이끄는 ASML의 성공은 주주들에게 큰 수익으로 돌아갔습니다. 2024년에는 30억 유로가 주주에게 환원됐고, 배당금은 2018년 이후 세 배로 늘었습니다.

출처: ASML

ASML은 지난 15년간 전체 Nasdaq 지수를 크게 웃도는 성과를 냈습니다. 기술주 전반에 매우 우호적이었던 시기였지만, ASML의 성과는 전체 반도체 지수의 흐름과도 맞물렸습니다.

출처: ASML

회사는 설치된 리소그래피 장비 기반이 2030년까지 계속 늘어나 유지보수, 서비스, 업그레이드 매출을 크게 끌어올릴 것으로 예상합니다.

출처: ASML

EUV 장비는 판매 대수가 가장 많지는 않지만 높은 가격 덕분에 회사 매출의 절반을 차지합니다.

2024년 말과 2025년 초 판매의 대부분은 대만, 한국, 미국, 중국에서 발생했습니다. 일반적으로 대만 판매는 주로 TSMC, 한국은 Samsung, 미국은 Nevada에 새 파운드리를 여는 TSMC와 Intel (INTC )에 향한 것으로 볼 수 있습니다.

출처: ASML

중국 판매는 과거에 훨씬 컸지만, 미국의 대중국 제재와 중국 칩 제조사들의 현지 공급업체 전환 노력으로 ASML은 중국에 구형 리소그래피 기술만 판매하게 됐습니다.

ASML의 중국 시장 위험 및 제재 영향

제재 전쟁

중국은 대만과 함께 세계 최대 반도체 생산국 중 하나이므로 ASML은 과거 이 시장에서 상당한 매출을 올렸습니다.

그러나 여러 미국 행정부에 걸쳐 긴장이 고조되고 중국 반도체 산업에 대한 제재가 강화되면서 ASML의 중국 시장은 크게 달라졌습니다.

2022년 여름 미국은 중국에 대한 EUV 장비 수출을 금지했습니다. ASML은 네덜란드 기업이지만 리소그래피 장비 생산에 핵심적인 미국 지식재산권에 의존하기 때문에 가능했던 조치입니다.

이후 ASML의 TWINSCAN NXT:1980Di 같은 DUV 장비의 수출까지 제한되면서 중국은 덜 첨단인 DUV 기술에만 접근할 수 있게 됐습니다. 이 제재는 부분적으로 Huawei가 2023년 9월 EUV 장비 없이 첨단 칩을 생산하는 데 성공한 것에 대한 대응이었습니다.

중국 솔루션

Huawei는 자체 EUV 솔루션 개발을 추진하고 있으며 2022년 12월 이미 관련 특허를 출원했습니다.

또 다른 중국 기업 SMIC는 구형 DUV 장비로 EUV 없이 5nm 칩을 생산하는 데 성공했습니다.

“EUV의 정밀도를 모방하기 위해 특히 SAQP를 활용해 리소그래피와 식각 단계를 여러 차례 겹쳐야 했습니다. 이 방식은 더 느리고 오류가 많으며 비용도 높지만 실제로 작동합니다.”

SMIC와 Huawei는 자체 정렬 4중 패터닝(SAQP) 리소그래피를 이용한 3nm 칩 생산도 추진하고 있습니다. Huawei는 실리콘을 탄소나노튜브로 대체하는 3nm 칩 설계도 개발하고 있습니다.

마지막으로 중국산 EUV 장비가 조만간 시장에 등장할 수 있으며, 처음에는 내수용으로 사용될 가능성이 큽니다. 또 다른 대안은 주석 플라즈마 대신 입자가속기로 EUV 빛을 생성하는 방법입니다. 이 아이디어는 2022년 발표된 과학 논문을 바탕으로 2023년부터 논의됐습니다.

ASML에 대한 위험?

장기적으로 ASML은 중국 시장을 잃을 가능성이 큽니다. 중국은 서방 기술에 의존할 수 없기 때문에 완전히 별개의 반도체 공급망을 처음부터 다시 구축해야 합니다.

현재로서는 이것이 ASML에 대한 사업적 위협이라기보다 미국과 중국 사이의 전략적 경쟁에 가깝습니다.

그 이유는 다음과 같습니다.

• 중국에 대한 DUV 판매는 ASML 전체 매출의 일부에 불과합니다.
• 구형 DUV로 EUV를 우회하는 방식은 기술적으로 가능하지만 신뢰성이 낮아 칩 생산 비용이 더 높아집니다.
  • 따라서 첨단 칩을 공급받지 못하는 Huawei와 다른 중국 전자기업에는 실용적일 수 있지만 국제 시장에서 경제적으로 경쟁하기는 어렵습니다.
• Huawei가 만든 EUV 장비는 상당한 개선과 미세 조정이 필요하며 생산량도 제한될 것입니다. 앞으로 여러 해 동안 중국 내수 수요만 충족할 수 있을 가능성이 큽니다.
• 사이클로트론 기반 EUV 생성은 여전히 이론적 단계에 머물러 있으며, 현재 사용되는 EUV 기술의 실용적 대안이 되려면 수년 또는 수십 년이 걸릴 수 있습니다.

비-EUV 판매

중국의 EUV 장비 개발 시도와 별개로 DUV 판매는 안정적으로 유지될 가능성이 큽니다. EUV는 대부분의 LOGIC 및 DRAM 핵심 층에서 표준이 됐지만, 그 밖의 모든 층은 DUV 기술로 패터닝되기 때문입니다.

따라서 DUV에서 ASML의 강력한 입지는 안정적인 매출을 보장합니다. 여기에는 20년 이상 가동되는 기존 장비군의 서비스와 유지보수 매출도 포함됩니다.

이는 EUV의 개발과 도입이 중요하지만 회사의 단기 전망에 필수적인 것은 아니라는 의미입니다.

완성품의 품질 관리를 위한 센서와 계측 장비처럼 리소그래피 장비에 부속되는 시스템도 마찬가지입니다.

출처: ASML

리소그래피의 미래

ASML은 계속 혁신하는 동시에 핵심 신기술을 적극적으로 인수하고 있습니다. 2020년에는 광학유리 제조사 Berliner Glas Group을 인수해 차세대 칩 제조 장비 개발을 추진할 수 있게 됐습니다.

출처: ASML

중국 경쟁사들이 향후 몇 년 안에 상용 규모의 EUV 솔루션을 내놓을 수 있습니다. 그러나 ASML은 이미 다음 단계인 High-NA 리소그래피를 개발하고 있습니다. ‘NA’는 수치 개구를 뜻하며, 광학 시스템이 빛을 얼마나 많이 모으고 집속할 수 있는지를 나타냅니다.

ASML은 이 기술에서 빠르게 진전하고 있습니다. 최신 광학 혁신은 비구면 거울에서 피코미터 안정성, 즉 실리콘 원자 크기의 200분의 1 수준을 목표로 하는 EUV 로드맵의 기반이 됩니다.

High-NA EUV 광학은 생산성이 더 높은 EUV 플랫폼 구축에 기여할 전망입니다. 이를 통해 EUV의 성능과 생산성 향상이 2030년 이후까지 이어질 수 있습니다.

출처: ASML

High-NA 기술은 더 정밀하고 빠를 뿐 아니라 에너지 효율도 높아야 합니다. 리소그래피 장비의 출력이 커지면서 가동에 필요한 전력 비용도 크게 늘고 있기 때문입니다.

High-NA EUV는 2nm 이하 노드 칩의 대량생산에 사용되는 방식이 될 가능성이 큽니다.

출처: ASML

Intel은 Oregon 파운드리에서 High-NA EUV를 일찍 도입했습니다. 이 기술은 아직 파운드리에 본격적으로 적용되는 단계이며, 식각 같은 다른 기술도 향후 성능 개선에 역할을 할 수 있습니다.

“High-NA EUV를 추가함으로써 Intel은 업계에서 가장 완성도 높은 리소그래피 도구를 갖추게 됩니다. 이를 통해 Intel 18A 이후부터 2030년 전까지의 차세대 공정 역량을 발전시킬 수 있습니다.”

Mark Phillips – Intel Foundry Logic Technology Development의 리소그래피·하드웨어·솔루션 책임자.
장비 한 대당 4억 달러에 달하는 가격 때문에 일부 파운드리는 도입을 최소 한 세대 뒤로 미루고 있습니다.

그럼에도 High-NA EUV는 ASML이 비교적 수월하게 내디딜 수 있는 다음 단계입니다. 지난 20년간 기존 EUV를 구현하며 개발한 기술과 경험의 상당 부분을 재활용할 수 있기 때문입니다.

왜 모든 EUV 리소그래피 시스템에서 부품의 공통성과 모듈화를 우선했을까요? 그렇게 하면 모든 시스템이 20년간의 EUV 개발에서 얻은 교훈을 활용할 수 있기 때문입니다.

검증된 기술을 사용하면 문제 발생 위험이 줄어듭니다. 또한 모듈은 고객 팹에서 시스템을 설치하고 통합하는 과정을 간소화합니다.

결론

ASML은 장비의 최고 수준 정밀도와 뛰어난 공학 역량에 집중함으로써 리소그래피를 대표하는 기업이 됐고 이 틈새시장을 지배하고 있습니다.

ASML은 사실상 EUV를 독점하고 있습니다. EUV는 AI 기술, 최고급 데이터센터, 최신 스마트폰에 필요한 가장 첨단 칩을 생산하는 데 핵심적인 기술입니다.

미국이 중국에 대한 EUV 수출을 금지하지 않았다면 ASML은 향후 10~20년 동안 이 기술의 유일한 핵심 공급자로 편안하게 남았을 가능성이 큽니다.

제재와 전략적 취약점을 해소하기 위해 투입된 수백억 달러 덕분에 중국 제조사들은 언젠가 ASML의 강력한 경쟁자가 될 수 있습니다. 그러나 아직은 뒤처져 있으며 DUV 장비, 낮은 수율, 높은 비용을 감수해야 합니다.

중국 기업들은 자국산 EUV 장비가 곧 더 나은 대안을 제공하기를 기대합니다. Huawei와 SMIC가 2025년 수준의 EUV 기술을 따라잡을 무렵에는 ASML이 이미 High-NA EUV를 배치하고 있을 가능성이 큽니다.

중국이 기술 격차를 좁히고 국내 공급망을 구축할 능력을 과소평가하는 것은 위험하지만 과대평가해서도 안 됩니다. 현재로서는 ASML이 최소 향후 10년 동안 첨단 칩 제조용 리소그래피의 선두를 유지하고 그보다 훨씬 오래 경쟁력을 지킬 가능성이 큽니다.

ASML은 DUV와 계측 분야에서도 매우 강한 입지를 갖고 있으며, 여기서 발생하는 추가 매출은 연구개발 예산을 지원합니다.

기업의 경쟁력 외에 투자자가 마지막으로 검토해야 할 문제는 가치평가입니다. 독점적 지위와 산업 전반의 성장 때문에 ASML 주가에는 이미 상당한 미래 성장이 반영돼 있습니다.

이러한 평가는 합리적으로 보이지만 결코 저렴하지는 않습니다. ASML의 주가수익비율은 낮게는 20배에서 높게는 54배까지 움직였습니다.

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