ASML과 니콘은 액침 기술을 어떻게 고객의 생산으로 옮겼나

2007년 2월, 니콘은 고객 공장에서 경쟁 장비와 1년간 비교 평가를 거쳐 액침 노광장비 사업을 수주했다고 발표했다. 전년도 여러 고객에게서 채택됐다는 설명도 있었다. [1]

그런데 ASML도 이미 액침 장비의 공급을 확대하고 있었다. 2007년 연차보고서는 누적 출하가 70대를 넘었다고 기록한다. 두 회사의 경쟁은 한쪽만 신기술을 이해한 단순한 구도가 아니었다. [2]

그렇다면 어디를 봐야 차이를 읽을 수 있을까.

이 글은 2004~2007년 액침 전환기를 중심으로, 고객 채택 이후 2008년에 확인된 처리량 개선까지 살펴본다. 반석의 판단은 기술의 최고 수치만큼, 서로 충돌하는 성능을 조정하고 고객 현장에서 안정적으로 생산할 수 있는 상태로 만드는 과정이 중요했다는 것이다. 장비 구조, 시험 방법, 공급사와의 설계 조정을 연결해 그 근거를 살펴본다.

같은 해의 장비부터 나란히 놓는다

액침 노광은 렌즈와 웨이퍼 사이에 물을 넣어 더 미세한 회로를 그리는 기술이다. 물을 넣는 원리와, 결함 없이 빠르게 반복 생산하는 일 사이에는 큰 간극이 있다.

니콘은 2006년 1월 이미 NA 1.07의 NSR-S609B를 출하했다. NA는 광학계의 미세한 형상 구현 능력에 영향을 주는 개구수다. 1.0을 넘는 액침 장비를 일찍 고객에게 보냈다는 사실은 니콘의 기술적 성취다. [3]

같은 시기의 주요 제품을 비교하면 선두가 단일한 숫자로 정해지지 않았다는 점이 드러난다.

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니콘 수치는 당시 출하 발표, ASML 수치는 2006·2007년 연차보고서에 따른다. 제품 세대와 출시 월이 다르므로 동일 조건의 성능시험 표는 아니다. [4], [5], [6]

먼저 특정 수치를 달성하는 것, 다음 세대 장비를 공급하는 것, 고객 공장에서 생산성을 확보하는 것은 서로 다른 성과다. NA만 높다고 결함률·가동률·납기까지 앞선다고 판단할 수 없다.

따라서 ‘최초’라는 발표에서 한 걸음 더 들어가야 한다. 그 장비를 고객이 쓰기 위해 새로 확인해야 하는 것은 무엇이며, 그 확인을 누가 어떻게 끝내 주는가.

ASML은 바꿀 부분과 유지할 부분을 나눴다

ASML의 TWINSCAN은 한 웨이퍼를 노광하는 동안 다른 웨이퍼의 위치와 높이를 측정한다. 액침으로 전환할 때 이 구조는 노광 쪽에 물을 넣으면서 측정 쪽에서는 기존 건식 방식을 유지할 수 있게 했다. 이 설명은 후대 회고뿐 아니라 2006년 연차보고서에도 나온다. [7]

새 기술을 넣되, 이미 익숙한 측정까지 한꺼번에 바꾸지 않는 선택이었다. 반석은 여기서 경쟁력을 구성하는 한 요소를 읽는다. 변경 범위를 나누면 기존에 확인한 것을 유지하면서 새로운 문제에 시험과 개발을 집중할 수 있다. 이것이 전체 개발비를 얼마나 줄였는지는 별도 문제지만, 어디에 새로운 불확실성이 들어오는지는 분명해진다.

그래도 물의 문제는 남았다. 빠르게 움직이는 웨이퍼 위에서 기포와 물방울이 결함을 만들 수 있었다. 속도를 낮추면 결함을 줄일 여지는 있어도 생산성이 떨어진다.

ASML의 2023년 회고는 유체역학 연구와 공급망의 설계 개선이 렌즈 주변의 물을 제어하는 후드 개발로 이어졌다고 설명한다. 후드의 개선은 웨이퍼 이동 속도를 높이면서 결함을 줄이는 데 기여했다는 설명이다. 이는 이후 여러 해의 개발을 정리한 회고이므로, 분석 기간만의 정량 성과나 니콘 대비 성능 차이로 사용하지 않는다. [8]

여기에는 실제 개선의 연결이 있다. 물이 만든 결함이라는 문제, 유체 제어 구조의 변경, 속도와 결함을 함께 개선한 결과다. 외부 전문가와 협력했다는 명단보다 이 연결이 중요하다.

니콘도 같은 종류의 문제를 풀고 있었다. Local Fill은 물의 거동과 결함을 다뤘고, Tandem Stage는 서로 다른 기능의 스테이지로 처리량과 정확도를 높이려 했다. 니콘의 2008년 보고서는 모듈화와 기종 간 공용화도 설명한다. 구조 혁신과 재사용을 ASML만의 능력으로 취급할 수 없는 이유다. [9]

고객에게 넘어간 웨이퍼가 다른 것을 증명했다

장비 내부의 개선이 고객 공정에서도 의미가 있는지는 별도로 확인해야 한다.

TSMC는 2004년 12월 ASML의 액침 시제품으로 전기적으로 작동하는 90나노미터 SRAM을 만들었다고 발표했다. 구체적인 시험은 금속 공정 이전의 한 핵심 층에서 웨이퍼를 나누어 건식과 액침으로 노광한 뒤, TSMC로 돌려보내 나머지 제조 공정을 완료하는 방식이었다. 수율·소자 특성·결함 수준은 비교 가능한 결과였고, 수율과 관련된 초점 심도는 액침 쪽이 거의 두 배였다고 밝혔다. [10]

모든 층의 액침 양산이 검증됐다는 발표는 아니다. 그러나 광학계가 선명한 무늬를 만든다는 설명에서, 고객의 나머지 공정을 통과한 소자가 작동한다는 증거로 넘어갔다.

이 차이는 판매에도 중요하다. 고객이 구매하는 것은 장비의 이미지 한 장이 아니라, 자기 제조 과정에 넣어도 기능과 수율을 유지할 수 있다는 가능성이기 때문이다.

주변 공정도 시험 대상에 들어갔다. SCREEN의 2005년 11월 발표는 ASML과 기존 RF3 장비를 이용해 앞선 9개월 동안 액침 공정을 공동 평가했다고 설명한다. 새 RF3i에는 물 자국 결함을 줄이기 위한 세정·건조 기능을 넣었으며, ASML 장비 및 결함 검사 장비와 연결할 계획도 밝혔다. 공동 평가는 진행된 활동이고, 새 구성의 설치와 고객 시연은 당시 계획이었다. [11]

이렇게 보면 검증 범위는 렌즈에서 물로, 물에서 레지스트와 세정·건조로, 다시 고객의 완성 소자로 넓어진다. 장비를 납품하기 전에 고객이 마주할 연결 문제를 어디까지 시험했는가가 중요한 질문이 된다.

앞에서 본 니콘의 고객 공장 비교 평가도 같은 기준으로 인정해야 한다. ASML에 고객 검증이 있었고 니콘에는 없었다는 대비는 성립하지 않는다. 차이를 확인하려면 검증한 조건의 범위, 채택 이후의 생산성 안정화와 공급 확대까지 더 봐야 한다.

협력사를 갖는 것과 함께 판단하는 것은 다르다

그 다음 단서는 외부 공급사에 전달하는 문서에 있다.

양사를 인터뷰한 Taji와 Enami의 2023년 연구는 ASML이 광원 공급사에 성능 목표를 적은 EPS와 시험 방법을 적은 TPS를 구분해 요구했다고 설명한다. 측정기와 측정 주기, 하위 공급사의 납기도 관리 대상이었다. 니콘은 주요 목표값을 문서에 두고 다른 값은 공급사와 협의하는 방식으로 기술된다. 연구는 ASML의 시스템 엔지니어가 부품 간 요구를 조정하는 역할도 다룬다. [12]

이 연구의 인터뷰는 2014~2017년에 이뤄졌다. 저자들도 니콘 내부의 정보 공유 세부를 확보하지 못했다고 밝힌다. 따라서 이를 2006년 모든 프로젝트의 실제 운영이나 니콘의 조정 능력 부재로 확대해서는 안 된다. [13]

그 한계를 두고도 이 비교는 유용하다. 공급사와 관계가 있다는 사실보다, 서로 같은 결과를 보고 판단할 수 있는지가 더 구체적인 분석 대상이기 때문이다.

예를 들어 부품 하나는 약속한 목표를 달성했지만 완성 장비의 결과가 나쁘다면, 어느 조건에서 다시 측정할지와 누가 다른 부품의 요구를 바꿀지가 필요하다. 이 문장은 특정 사건의 재현이 아니라 앞선 자료에서 도출한 반석의 해석이다. 성능 목표만 비교하는 분석에서는 이런 조정 비용이 잘 보이지 않는다.

중요한 것은 외주 비율이 아니라, 회사 밖의 기술까지 이해하고 서로 충돌하는 요구를 바꿀 수 있는 범위다. 자체 제작도 외부 조달도 그 일을 자동으로 해결하지 않는다.

출하의 확대는 확인되지만 원인을 하나로 고정할 수는 없다

ASML의 2007년 보고서에는 누적 70대 이상의 액침 장비 출하와 여러 고객의 XT:1900i 도입이 기록돼 있다. 니콘의 2008년 보고서 역시 S610C를 첨단 반도체 생산이 이뤄지는 주요 지역에 공급했다고 설명한다. 두 회사 모두 고객 채택으로 넘어갔다. [14], [15]

반석은 이 기록을 ‘ASML의 단일 기술이 더 좋아서 이겼다’고 읽기보다, 기존 측정을 유지한 구조, 물과 주변 공정의 개선, 고객 소자 시험, 후속 장비 공급이 이어졌다는 점에 무게를 둔다. ASML이 액침을 사업으로 키운 경로를 설명하는 구체적인 연결이기 때문이다.

그러나 이 연결이 니콘 대비 점유율 차이의 얼마를 설명하는지는 확인되지 않는다. 기존 고객 기반과 고객의 투자 시점, 제품별 가격·납기·가동률도 영향을 줄 수 있다. 니콘의 개별 고객 평가 승리를 인정하면서 ASML의 공급 확대를 함께 읽어야 한다.

한 고객의 시험에서 이겼다면 그 조건에서의 경쟁력이 확인된다. 다음 판단은 다른 고객의 공정에서도 개선을 활용할 수 있는지, 도입과 공급을 반복할 수 있는지로 넘어가야 한다. 개별 성능의 우위를 시장 전체의 우위로 계산하지 않는 것이 이 비교의 핵심이다.

당시의 다른 선택은 무엇이었을까

니콘에 ‘고객과 공동 검증하라’고 제안하는 것은 이미 하던 일을 반복하는 조언이다. 당시 검토할 선택에는 생산능력 확대뿐 아니라, 고객 채택 이후 장비의 처리량을 안정화하는 문제도 포함됐다.

2007년 결산 설명에서 니콘은 S610C의 도입이 순조롭다고 설명하며, 2008년 3월 종료 회계연도의 판매 21대와 생산능력을 모두 활용한 출하 30대를 계획했다. 추가 증설은 시장 상황을 보며 결정하겠다고 밝혔다. 판매와 출하는 같은 지표가 아니며, 이 숫자들은 당시 전망이다. [16]

이후 니콘은 2007년 하반기 결산 설명에서 S610C의 처리량 개선이 예상보다 오래 걸렸고, 원인을 파악해 개선 중이라고 밝혔다. 2008년 5월에는 문제가 해결돼 예정한 처리량이 나오고 있다고 설명했다. 고객이 채택한 것과, 현장에서 요구하는 생산성을 안정적으로 확보한 것은 같은 사건이 아니었다. [17], [18]

이 기록을 함께 놓으면 증설 판단에는 수요의 확실성과 요구 처리량의 안정적인 충족 여부가 모두 필요하다. 검토할 대안은 이 조건이 더 분명해진 뒤 증설하는 경로와, 검수 조건 및 도입 일정이 구체적인 고객을 확보하고 처리량 개선과 생산능력 확대를 병행하는 경로다. 앞의 선택은 유휴 설비 위험을 낮추지만 수요가 빠르게 늘면 납기 기회를 놓칠 수 있다. 뒤의 선택은 공급 기회를 넓히지만 주문 지연과 취소의 부담을 먼저 떠안는다.

후자가 실제로 더 나았다고 단정할 자료는 없다. 당시 주문의 확실성, 처리량 개선의 진행 상황과 장비 생산의 병목을 확인해야 한다. 다만 고객 채택 이후 현장 생산성을 안정화하고, 그 성과에 맞춰 공급을 언제 늘릴지는 서로 연결된 경쟁의 선택이었다.

이 질문은 ASML에도 그대로 적용된다. 제품 공급이 늘어도 설치와 안정화가 지연되거나, 서로 다른 고객 조건에서 같은 개선을 활용하지 못하면 출하량만으로 장기 우위를 판단할 수 없다.

기업의 갈림길을 읽을 때 무엇을 먼저 볼 것인가

과거를 읽는 목적은 성공한 회사의 특징을 모아 승리 공식으로 만드는 데 있지 않다. 당시 무엇을 보고 다음 판단을 달리할 수 있었는지를 찾는 데 있다.

액침 전환기에는 NA 같은 광학 성능과 함께, 새 기술이 기존 공정의 어느 부분을 바꾸는지, 실제 소자 시험이 무엇을 확인했는지, 서로 다른 부품의 요구를 누가 조정하는지, 고객 채택 이후 처리량 개선이 어떻게 진행되고 공급이 확대되는지를 볼 수 있었다. 후대 인터뷰가 밝혀 준 내부 운영까지 당시 외부에서 알 수 있었다고 소급할 수는 없다.

이 사례에서 반석이 다른 기업에도 적용할 질문은 명확하다.

우리의 강점이 개선될수록 고객의 도입은 쉬워지는가. 아니면 다른 부품과 공정에 새로운 조정 부담을 넘기고 있는가.

그 질문을 따라가면 누구와 협력해야 하는지도 달라진다. 기술 명성이 높은 회사를 나열하는 대신, 고객의 도입을 막는 문제가 어디서 발생하고 그 조건을 함께 바꿀 수 있는 상대가 누구인지 찾게 된다.

ASML과 니콘의 액침 경쟁은 정밀함의 중요성을 줄이지 않는다. 정밀함이 고객의 생산으로 이어지려면, 장비 밖까지 무엇을 이해하고 조정해야 하는지를 보여 준다.

공개된 당시 자료와 후대 회고·연구를 구분한 독립 분석이다. 설명 범위는 액침 전환기의 개발·검증·공급 과정이며, EUV를 포함한 양사 경쟁사 전체의 승패를 단일 원인으로 설명하지 않는다.