안녕하세요! 오늘은 반도체 만드는 데 꼭 필요한데 이름은 좀 낯선, 그런 화학 물질에 대한 이야기예요. 바로 ‘포토레지스트’인데요. 혹시 들어보셨나요? 이게 정말 흥미로운 주제인 게, 일본 기업들이 이 시장의 거의 90%를 장악하고 있다는 사실이에요. 거의 독점이죠.
그래서 오늘, 이 포토레지스트 기술이 어떻게 발전해 왔고, 일본 기업들이 어떻게 지금의 위치까지 오게 됐는지, 그 역사부터 전략, 지정학적 맥락까지 깊이 파고들어 핵심을 보려고 해요. 이 복잡한 이야기를 빠르면서도 깊이 있게 이해하실 수 있도록 도와드릴게요! 😊
포토레지스트, 대체 정체가 뭔가요? 🤔
쉽게 말하면, 반도체 웨이퍼 위에 아주 미세한 회로 패턴을 새길 때 쓰는 ‘감광액’ 같은 거예요. 사진 현상할 때 쓰는 필름처럼 빛에 반응하는 거죠. 이게 없으면 수천억 원짜리 최첨단 노광 장비도 그냥 고철 덩어리에 불과하다고 해요. 뭐랄까, 아무리 좋은 프린터가 있어도 잉크가 없으면 못 쓰는 거랑 똑같아요. 이 포토레지스트가 바로 그 잉크나 패턴을 찍는 틀 역할을 하는 겁니다.
이름부터가 힌트인데요, ‘포토(Photo)’는 빛, ‘레지스트(Resist)’는 저항한다는 뜻이에요. 즉, ‘빛에 반응해서 (특정 공정에) 저항하는 물질’이라는 의미죠. 이 원리를 이용해 웨이퍼 위에 회로를 그리는 과정을 ‘포토공정’ 또는 ‘리소그래피’라고 부릅니다.
간단히 보는 포토 공정 5단계
- 도포(Coating): 액체 상태의 포토레지스트를 웨이퍼 위에 얇고 균일하게 발라줍니다. (스핀 코팅)
- 노광(Exposure): 회로도가 그려진 마스크를 대고 자외선(UV) 빛을 쪼여줍니다.
- 현상(Development): 현상액으로 빛을 받은 부분 또는 받지 않은 부분을 선택적으로 녹여내 패턴을 만듭니다.
- 식각(Etching): 남은 포토레지스트를 보호막 삼아 아래층 막을 깎아냅니다.
- 박리(Stripping): 마지막으로 임무를 다한 포토레지스트를 제거하면 회로 패턴이 완성됩니다.
포토레지스트는 빛을 받았을 때 녹는 ‘포지티브(Positive) 타입’과, 반대로 단단하게 굳는 ‘네거티브(Negative) 타입’으로 나뉘어요. 초기에는 네거티브 타입이 먼저 개발되었지만, 빛을 받아 굳는 과정에서 미세하게 부풀어 오르는 현상이 있었어요. 이게 초미세 공정에서는 정밀도를 떨어뜨리는 원인이 됐죠. 반면에 포지티브 타입은 그런 문제가 적어 훨씬 더 정밀한 패턴을 만들 수 있기 때문에 요즘은 거의 다 포지티브 타입을 사용한답니다.
아스팔트에서 최첨단 소재까지: 포토레지스트의 역사 📜
정말 놀랍게도, 이 기술의 시작은 1820년대 프랑스에서 시작됐어요. 발명가 니세포르 니엡스가 아스팔트와 비슷한 ‘유대 비투맨’이라는 물질이 빛을 받으면 굳는 성질을 이용해 세계 최초의 사진을 만든 것이 시초였죠. 이 기술이 반도체에 적용된 건 1950년대, 트랜지스터를 발명한 벨 연구소의 윌리엄 쇼클리의 제안 덕분이었습니다.
처음에는 사진용 감광재를 썼지만, 반도체 공정의 독한 화학물질(불산 등)을 견디지 못했어요. 그래서 카메라 필름으로 유명한 코닥(Kodak)이 나서서 내화학성이 강한 네거티브 레지스트 ‘KPR’과 접착력을 높인 ‘KTFR’을 개발했고, 이 KTFR이 15년 넘게 업계 표준으로 자리 잡았죠.
하지만 진짜 판도를 바꾼 건 포지티브 레지스트의 등장이었습니다. 독일의 청사진 기술에서 유래한 ‘DNQ-Novolac’ 시스템 덕분에 훨씬 정밀한 회로를 그릴 수 있게 된 것이죠. 이 기술은 벨 연구소와 같은 동네에 있던 독일 회사의 미국 자회사를 통해 미국 반도체 업계에 전파되었고, 1970년대에는 미국/유럽 기업들이 시장을 주도했습니다.
이때 TOK는 매우 발 빠르게 움직였습니다. 1979년, 결정적인 제품인 ‘OPR-800’을 출시합니다. 성능도 뛰어났지만, 진짜 성공 비결은 가격 경쟁력과 사용 후 웨이퍼에 잔류물이 적다는 장점이었습니다. 이는 당시 폭발적으로 성장하던 일본 DRAM 회사들의 요구에 완벽하게 부합했고, 그 결과 TOK는 일본 시장의 80% 이상을 장악하며 거인으로 성장합니다. 1980년대 일본 DRAM 신화의 밑바탕에는 바로 이 OPR-800이 있었던 셈이죠.
또 다른 강자, JSR의 등장과 기술 혁신 🚀
TOK가 시장을 주도하던 때, 또 다른 강자가 조용히 등장합니다. 바로 ‘JSR’이에요. 원래 타이어용 합성고무를 만들던 정부 주도 기업이었는데, 오일 쇼크로 위기를 맞자 전자재료로 눈을 돌린 거죠. JSR의 성공 전략은 달랐습니다.
JSR의 성공 비결: 오픈 이노베이션과 글로벌 전략
1990년대, DUV 시대로의 전환과 함께 IBM이 개발한 ‘화학 증폭형 레지스트(CAR)’는 게임 체인저였습니다. 하지만 이 기술은 너무 예민해서 상용화가 어려웠고, IBM은 기술을 독점하는 대신 ‘오픈 이노베이션’을 선택, JSR, TOK 등과 협력을 모색합니다.
JSR에게 이것은 결정적 기회였습니다. 일본 반도체 산업이 주춤하던 시기, JSR은 IBM과의 기술 협력을 통해 ArF 포토레지스트 상용화 경쟁에서 앞서 나갈 발판을 마련했습니다. 이 협력을 기반으로 JSR은 포트폴리오를 EUV까지 확장했고, 삼성전자, 인텔 등 해외 선도 기업들을 고객으로 확보하며 급성장했습니다. 그 결과 2000년대 초반에는 해외 매출 비중이 70%에 이를 정도로 완벽한 글로벌 플레이어로 자리 잡았습니다. 기술 협력을 발판 삼아 과감하게 글로벌 시장을 공략한 것이 JSR 성공 스토리의 핵심이었죠.
지정학의 중심에 선 포토레지스트: 2019년 한일 무역 분쟁 🌐
포토레지스트의 전략적 중요성이 전 세계에 각인된 사건이 있었죠. 바로 2019년 7월에 시작된 한일 무역 분쟁입니다. 당시 상황을 중립적인 시각에서 다시 한번 자세히 짚어보겠습니다.
사태의 발단과 양측의 입장
- 일본의 조치: 2019년 7월, 일본 정부는 EUV용 포토레지스트, 고순도 불화수소(HF), 플루오린 폴리이미드(PI) 3개 품목에 대해 한국으로의 수출 절차를 강화했습니다.
- 일본의 공식 입장: 이러한 전략 물자들이 군사적 목적으로 전용될 가능성에 대한 안보상의 우려와, 한국의 수출 관리 시스템이 미흡하다는 점을 이유로 들었습니다.
- 한국의 공식 입장: 2018년 한국 대법원의 강제징용 피해자 배상 판결에 대한 사실상의 ‘경제 보복’ 조치라고 규정하며 강하게 반발했습니다.
그렇다면 이 조치는 실제 반도체 산업에 어느 정도의 영향을 미쳤을까요? 결론부터 말하면, 우려했던 최악의 ‘생산 라인 중단’ 사태는 일어나지 않았습니다.
규제 대상이 당시 최첨단 기술이었던 EUV 공정용 포토레지스트에 한정되었기 때문입니다. 당시 삼성전자나 SK하이닉스 모두 EUV 공정을 막 도입하거나 테스트하는 초기 단계여서, 당장 대량 생산에 차질이 생길 정도의 물량이 필요하지는 않았습니다. 또한, JSR과 같은 공급사는 벨기에 IMEC과의 합작 법인을 통한 우회 공급 경로를 가지고 있어 글로벌 공급망이 완전히 마비되지는 않았습니다. 이 조치는 결국 2023년 한일 관계가 개선되면서 해제되었습니다.
일본은 어떻게 시장을 지배하게 됐을까? 🇯🇵
분쟁은 일단락되었지만 근본적인 질문은 남습니다. EUV 시대에도 일본은 어떻게 포토레지스트 시장의 절대 강자로 군림하고 있을까요? 그 비결은 단순히 기술력 하나만으로 설명할 수 없는, 다섯 가지 복합적인 요인에 있습니다.
| 일본 포토레지스트 산업의 5가지 성공 방정식 | |
|---|---|
| 1. 제조 클러스터의 힘 | TOK, JSR 등 주요 기업들이 가나가와현 등 수도권에 밀집해 인재, 기술, 정보 교류를 통해 혁신을 가속화했습니다. 경쟁과 협력이 공존하며 ‘어깨너머 배우기’가 가능한 환경입니다. |
| 2. 오픈 이노베이션 | 외부 기술(IBM의 CAR)을 적극적으로 받아들여 단순 채택을 넘어 공동 개발 파트너로 발전하며 기술을 내재화했습니다. |
| 3. 고객 밀착 공동개발 | 최첨단 포토레지스트는 기성품이 아닙니다. 삼성, TSMC 등 고객사의 특정 공정 라인에 맞춰 함께 개발하는 ‘맞춤형 솔루션’으로, 한번 적용되면 교체가 거의 불가능한 강력한 진입 장벽을 만듭니다. |
| 4. 장기적 관계 중시 문화 | 단기 수익보다 고객과의 신뢰와 지속 가능한 협력을 우선시하는 문화가 장기적인 경쟁력과 고객 충성도를 확보하는 비결이 되었습니다. |
| 5. 극한의 품질 관리 | 올림픽 규격 수영장 2개 분량의 물에 불순물 단 한 방울도 용납하지 않는 수준의 순도 관리가 필요합니다. 수십 년간 축적된 장인급 노하우는 단기간에 따라잡기 불가능한 영역입니다. |
이렇게 전략적으로 중요하지만, 포토레지스트 시장은 반도체 전체에 비하면 규모가 매우 작고(약 20억 달러), 영업 이익률도 높지 않아요. (JSR 약 3.8%, TOK 약 7.8%) 이는 ‘고위험 저수익’ 구조로, 외부의 인수합병 시도에 취약할 수 있다는 의미이기도 합니다. JSR 전 회장이 농담 삼아 ‘일본 라멘 시장보다 작다’고 했을 정도니까요.
국가 자산이 된 기술: JSR 인수 사태의 의미 🏢
이런 구조적 취약성은 결국 현실이 되었습니다. 2022년 독일 머크의 JSR 인수 시도가 무산된 이후에도 사모펀드들의 경영권 위협이 계속되자, 일본 정부는 2023년 아주 이례적인 결정을 내립니다.
바로 일본 정책펀드(JIC)가 약 9조 원을 투입해 우량 민간 기업이던 JSR을 인수하고 비상장 회사로 전환하기로 한 것입니다. 이는 부실 기업 구제가 아닌, 국가 안보와 경제 주권에 직결된 핵심 기술을 외부 위협으로부터 보호하려는 강력한 의지의 표현이었습니다.
포토레지스트 이야기 핵심 요약
자주 묻는 질문 ❓
일본 포토레지스트 산업의 인재 교류는 ‘오픈 이노베이션 생태계’ 구축을 중심으로 이루어집니다. 특정 지역에 묶이기보다는 글로벌 거점을 적극적으로 활용하는 것이 특징입니다.
1. Albany NanoTech Complex 중심의 글로벌 협력: Rapidus의 과학자와 엔지니어들은 뉴욕의 Albany NanoTech Complex에서 IBM, 삼성전자, JSR 등 글로벌 기업 및 대학들과 함께 차세대 기술을 공동 연구합니다.
2. Rapidus-IBM 파트너십: Rapidus는 100명 이상의 엔지니어를 IBM 시설에 파견해 2nm 공정의 핵심인 GAA 기술을 습득하고 있으며, 일본 내 베테랑 반도체 엔지니어도 적극적으로 영입하고 있습니다.
3. 벨기에 IMEC과의 연구 협력: 벨기에의 세계적인 반도체 연구 허브 IMEC과의 협력을 통해 국제적인 오픈 이노베이션 연구 거점을 활용하고 있습니다.
네, 가장 대표적인 성공 사례는 동진쎄미켐과 삼성전자의 EUV 포토레지스트 공동개발입니다.
1. 국산화 성공: 2019년 일본 수출 규제 3대 품목 중 하나였던 EUV 포토레지스트 개발에 성공하며 기술 자립의 중요한 이정표를 세웠습니다.
2. 빠른 양산 적용: 삼성전자는 신뢰성 시험 통과 1년이 채 되지 않은 시점에 동진쎄미켐의 EUV PR을 실제 양산 라인에 적용하며 긴밀한 협력의 성과를 보여주었습니다.
3. 인프라와 글로벌 협력: 동진쎄미켐은 자체 노광 장비를 구축하고 벨기에 IMEC과도 협력 관계를 맺는 등 기술 개발을 위한 과감한 투자를 진행했습니다. 이를 바탕으로 3D 낸드플래시용 PR 시장에서는 점유율 35% 이상으로 세계 1위를 달성했습니다.
[일본의 오픈 이노베이션 모델 특징]
1. 컨소시엄 기반 협력: ‘Rapidus’는 2022년 8월 도요타, 소니 등 8개 주요 기업의 지원으로 설립되어 2027년까지 2nm 공정 개발을 목표로 합니다. 이는 개별 기업을 넘어선 국가적 협력 모델의 대표적 사례입니다.
2. 정부-민간 파트너십: 일본 정부는 2021년부터 대규모 보조금을 투입해 TSMC, 마이크론 등 글로벌 기업을 유치하고, 키옥시아 등 자국 기업도 지원하며 생산 기반을 빠르게 복원하고 있습니다.
[한국 적용 방안]
1. 국가 차원의 전략적 접근: 반도체 산업을 ‘생존 전략’으로 인식하고, 투자 세액공제 중심의 단기 혜택을 넘어 보조금·대출·인프라 등 실효성 있는 중장기 재정 지원 체계를 마련해야 합니다.
2. 개방형 혁신 활성화: 소재·부품·장비(소부장) 국산화를 위해 외국 선도기업을 압도할 민간기업 차원의 품질 강화가 절실하며, 개방형 혁신을 통해 외부 정책에 흔들리지 않는 기술력을 확보하는 계기로 삼아야 합니다.
3. 한국형 CREATE 모델: 스타트업의 혁신과 대기업의 경쟁력이 시너지를 내는 오픈 이노베이션 선도국으로 도약하기 위해 PoC(기술실증) 자금지원 및 매칭펀드 확대, 딜 소싱 기회 확대 등의 정책이 제안됩니다.
오늘 이야기는 여기까지입니다. 작은 병 속 액체가 만들어낸 글로벌 지정학, 정말 흥미롭지 않나요? 앞으로 JSR 사례처럼 시장 규모는 작지만 전략적 가치가 큰 분야들이 어떻게 변해갈지 지켜보는 것도 재미있는 관전 포인트가 될 것 같습니다. 더 궁금한 점이 있다면 댓글로 물어봐주세요~ 😊
