캐논의 도장식 반도체 장비, ASML 독점에 도전

캐논이 빛 대신 회로가 새겨진 몰드를 눌러 패턴을 찍는 나노임프린트 장비로 ASML의 EUV 독점에 도전하고 있다. 장비 가격과 전력이 크게 낮다는 주장이 있지만, 먼지 오염, 층간 정렬, 처리 속도 문제가 남아 있다. 메모리 칩을 출발점으로 몰드 공급사와 연구기관이 함께 움직이는 중이다.

⏱ 00:00캐논은 2027년 실제 생산 현장 적용을 목표로 나노임프린트 방식의 반도체 장비를 준비하고 있다고 밝혔다. 이 장비는 빛으로 회로를 새기는 대신, 회로가 새겨진 틀을 웨이퍼에 눌러 패턴을 만든다. 현재 ASML이 사실상 독점한 EUV 노광기 시장에 일본 기업이 다시 들어가려는 시도로 볼 수 있다.

이 영상은 캐논 장비의 원리, 그것이 겨냥하는 ASML 장비의 구조, 그리고 일본이 이 시장에서 밀려났다가 돌아오려는 배경을 차례로 설명한다.

⏱ 01:47반도체 회로는 마스크에 담긴 회로를 빛으로 비춰 웨이퍼에 축소해 찍는 노광 공정으로 만든다. 빛의 파장보다 가는 선은 그릴 수 없어서 업계는 더 짧은 파장의 빛을 찾아왔고, 그 결과가 13.5나노미터 EUV다. EUV는 공기와 유리에 흡수되기 때문에 장비 전체가 진공 상태에서 거울로 빛을 반사시키는 구조다. 빛은 주석 방울에 레이저를 쏘아 만든 플라즈마에서 나온다.

거울을 여러 번 거치면서 웨이퍼에 도달하는 빛은 1% 남짓에 그친다. 그래서 장비 한 대가 메가와트급 전력을 쓰고, 가격도 수억 달러 수준이다. 1997년 미국 주도의 EUV 개발 컨소시엄에서 니콘은 빠지고 캐논은 참여하지 못했으며, ASML이 들어가 이후 장비 시장의 중심이 되었다.

⏱ 06:44캐논은 2014년 미국 텍사스의 Molecular Imprints를 인수해 빛 대신 눌러 찍는 방식을 발전시켰다. 과정은 세 단계다. 먼저 잉크젯처럼 액체 플라스틱을 필요한 자리에만 방울로 떨어뜨리고, 회로가 새겨진 투명 몰드를 내려 액체가 홈을 채우게 한다. 이후 자외선을 쏘아 액체를 굳히고 몰드를 떼어내면 회로가 웨이퍼에 남는다.

이 방식에서는 선 폭이 빛의 파장이 아니라 몰드를 얼마나 정밀하게 새기는지에 달려 있다. 주석, 대형 레이저, 거울 체인이 필요 없어 빛 손실 문제도 피할 수 있다.

⏱ 08:20캐논은 이 장비로 14나노미터 선 폭을 구현했다고 밝혔으며, 이는 몇 년 전 최상위 스마트폰 칩에 쓰이던 수준이라고 설명한다. 더 정밀한 몰드를 쓰면 10나노미터까지 가능하다고 주장한다. 해당 공정 단계의 전력 소모는 EUV의 약 10분의 1이라고 한다.

가격에 대해 캐논 회장은 ASML의 EUV보다 가격 자릿수가 하나 적을 것이라고 언급했다. 아직 공식 가격표는 공개되지 않았으므로, 이는 회사 최고위층의 발언으로 받아들이되 검증된 수치로 볼 수는 없다.

⏱ 09:44몰드가 웨이퍼에 직접 닿는 방식이라 먼지 한 알이 패턴을 망가뜨릴 수 있다. 몰드에 달라붙은 입자는 다음 웨이퍼까지 오염시킬 수 있다. 몰드는 쓸수록 마모되고, 칩은 수십 개 층을 쌓기 때문에 층마다 수 나노미터 이내로 맞추는 정렬도 까다롭다. 장비 한 대의 처리 속도도 EUV보다 느리다.

캐논은 과거 2019년 공장 적용을 언급했지만 그 시점이 지나갔던 전례가 있어, 이번 일정도 신중하게 볼 필요가 있다.

⏱ 10:372024년 9월 캐논은 텍사스 전자연구소에 장비를 공급했고, 2025년에는 일본 우쓰노미야 북쪽에 장비 생산 신규 공장을 열었다고 보도됐다. 몰드를 공급하는 대일본인쇄(DNP)는 1870년대 도쿄의 인쇄소에서 출발한 기업으로, 2025년 12월 선 폭 10나노미터 몰드를 공개하며 1.4나노미터급 칩을 겨냥한다고 밝혔다. DNP는 이 몰드가 EUV 공정의 일부를 대체할 수 있다고 말했고, 2027년 양산을 목표로 하고 있다.

초기 수요처는 메모리 칩으로 예상된다. 메모리는 같은 패턴을 수백만 번 반복하는 구조라 임프린트에 잘 맞는다. 키오시아는 요카이치 공장에서 캐논 장비를 수년째 쓰고 있으며, 캐논은 올해 기존 광학 방식 장비 221대를 판매할 예정이고 그중 87대가 연말 3개월에 몰려 있다고 밝혔다.

⏱ 13:00캐논은 2026년 1월 같은 구조의 장비로 회로 대신 웨이퍼 표면을 평탄하게 만드는 장비도 발표했다. 여러 층을 쌓으면서 생긴 미세한 요철에 맞춰 잉크 방울을 차등 배치한 뒤, 유리판으로 웨이퍼 전체를 한 번에 눌러 편평하게 만든다. 요철을 5나노미터 이하로 줄이는 것이 목표이며 2027년 판매를 계획하고 있다. 평탄도가 높을수록 EUV 공정의 정밀도가 좋아지므로, EUV를 쓰는 공장에서도 수요가 생길 수 있다.

오키나와의 연구기관 OIS의 Tsumoru Shinte 교수는 EUV 광학계에서 거울 수를 두 개로 줄이는 설계를 2024년 발표하며, 웨이퍼에 도달하는 빛의 비율을 약 10%로 높일 수 있다고 주장했다. 이 설계는 특허 출원 단계다. 자막은 여기서 끊기므로 이 요약은 제공된 범위까지만 다룬다.