컴퓨팅
중국, 예상보다 훨씬 빠르게 EUV 기술을 마스터
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
중국 EUV 프로토타입이 조기에 도착
컴퓨팅 기술이 향상됨에 따라 점점 더 고급 칩이 개발되었습니다. 최신 3nm 및 2nm 공정은 너무 작아 일반적인 빛 파장은 이 규모에서 특징을 신뢰성 있게 패터닝하기에 너무 깁니다.
이는 새로운 것이 아닙니다. 업계는 오랫동안 DUV(Deep UltraViolet) 광을 사용해 실리콘 웨이퍼에 리소그래피를 수행해 왔습니다. 그러나 가장 앞선 칩 설계의 나노 규모에 도달하려면 더욱 짧은 파장의 광원이 필요했습니다.
이 광원과 리소그래피 방법을 EUV(Extreme UltraViolet)라고 합니다.
출처: Zeiss
지금까지 EUV는 네덜란드 기업 ASML(ASML )이 독점해 왔으며, 전 세계 EUV 리소그래피 장비의 유일한 제조업체였습니다.
2019년, TSMC의 7nm 공정 칩은 최초의 EUV 공정을 사용해 대량 고객 제품을 시장에 공급했습니다.
EUV 기술에 대한 접근 통제는 미국이 중국 반도체 산업에 제재를 가하는 핵심 요소였습니다. 2018년부터 미국은 네덜란드에 ASML이 EUV 장비와 관련 부품, 유지보수 서비스를 판매하는 것을 차단하도록 압력을 가했습니다.
그 의도는 EUV 접근을 제한함으로써 중국의 최첨단 칩 제조 능력을 늦추고, 고급 AI 가속기 수출 제한과 함께 미국이 AI 경쟁에서 우위를 유지하도록 돕는 것이었습니다.
하지만 현재 중국의 반도체 자립 추진이 압박 속에서 가속화된 것으로 보이며, Reuters는 중국이 EUV 프로토타입 장비를 완성했다고 보도했습니다. 개발이 순조롭게 진행된다면 2028년부터 칩 생산을 시작하고 그 이후 생산량을 확대할 수 있습니다.
이는 서방이 중국의 최첨단 제조 접근을 제한하려는 노력을 복잡하게 만들 뿐만 아니라, 서구 중심의 반도체 공급망에 장기적인 위협이 될 수 있습니다—많은 중국 낙관론자들조차 예상하지 못한 시점보다 몇 년 앞서 도래하고 있습니다.
“4월에 ASML CEO Christophe Fouquet는 중국이 이러한 기술을 개발하는 데 ‘많은, 많은 년’이 필요하다고 말했습니다.”
“하지만 Reuters가 처음으로 보도한 이 프로토타입의 존재는 중국이 분석가들이 예상한 것보다 몇 년 더 가까이 반도체 자립을 달성할 수 있음을 시사합니다.”
중국의 예상치 못한 EUV 돌파는 ASML의 독점을 뒤흔들고, 서방 제재 전략을 약화시키며, 전 세계 반도체 권력의 장기적인 변화를 예고합니다.
EUV 리소그래피 실제 작동 방식
EUV가 이렇게 독특한 이유—그리고 오랫동안 ASML 독점이 유지된 이유는—EUV가 단일 기술이 아니라 초정밀 엔지니어링의 수많은 성과를 하나의 통합 시스템으로 조합한 것이기 때문입니다.
첫 번째 부분은 약 30kW 등급의 초강력 CO₂ 레이저로, 세계에서 가장 강력한 펄스 산업용 레이저 중 하나입니다. ASML 장비에서는 독일 기업 Trumpf가 이를 생산합니다.
하지만 EUV 빛을 생성하는 것은 이 레이저가 아니라 에너지 소스입니다. EUV를 만들기 위해 시스템은 작은 녹은 주석 방울을 과열시켜 플라즈마를 형성하며, ASML 장비는 초당 약 50,000개의 주석 방울을 발사합니다.
플라즈마는 극한 온도—보통 220,000°C(360,000°F) 정도—까지 가열되어야 하며, 이는 태양 표면보다 훨씬 뜨거운 조건을 만들고 산업 엔지니어링을 한계까지 밀어붙입니다.
전체 과정은 거의 완벽에 가까운 진공 상태에서도 진행되어야 합니다. 왜냐하면 공기(및 대부분의 물질)가 EUV 빛을 흡수하기 때문입니다.
출처: SemiEngineering
그리고 이것이 전부가 아닙니다. 이제 EUV 빛은 놀라운 정밀도로 방향을 잡고, 형태를 만들며, 초점 맞춰야 하며, 최첨단 실리콘 웨이퍼에 패턴을 새깁니다—주요 공정에서는 제곱밀리미터당 1억 개에 달하는 트랜지스터 밀도를 목표로 논의됩니다.
독일 광학 선두 기업 Zeiss가 개발한 이 곡면 거울은 원자 수준에 근접하는 정확도로 제조 및 정렬되어야 합니다.
“만약 이러한 EUV 거울을 독일 크기로 확대한다면, 가장 큰 요철—즉, 추크슈피체—는 전체 0.1밀리미터 높이가 될 것입니다.”
이 정밀도는 매우 극단적이어서 거울의 방향 정확도는 종종 생생한 비유로 설명됩니다. 예를 들어, EUV 거울을 사용해 빔을 달로 향하도록 재지향한다면, 이론적으로 달 표면에 있는 핑퐁공만큼 작은 물체를 정확히 맞출 수 있을 정도입니다.
이 광학 부품은 다층 스택으로 코팅되며—보통 실리콘과 몰리브덴 같은 재료를 교대로 사용—각 층은 몇 원자 두께에 불과합니다.
“이를 위해 여기서는 최대 100개의 층이 겹쳐 있습니다. 단일 층은 빛의 약 1%만 반사하므로 손실이 너무 큽니다.
그 결과, 약 70%의 빛을 활용할 수 있는 반사율을 얻습니다.”
마지막으로 실리콘 웨이퍼 자체도 놀라운 정밀도로 이동하고 정렬되어야 합니다. 센서는 위치를 지속적으로 측정하고, 웨이퍼 스테이지는 열 변화와 고속 움직임에 의한 변형을 견디면서 정확성을 유지해야 합니다.
따라서 이러한 모든 단계들을 고려하면(위 설명은 여전히 과도한 단순화이지만) EUV를 복제하는 것이 왜 이렇게 어려운지 명확해집니다: 설계뿐 아니라 재료, 계측, 제어, 광학, 진공 시스템, 초청정 제조 등 방대한 생태계를 하나의 기계에 통합해 재현해야 하기 때문입니다.
왜 EUV는 복제하기 어려운가
스크롤하려면 스와이프 →
| 하위 시스템 | 공급업체 지배력 | 왜 어려운가 |
|---|---|---|
| EUV 광원(주석 플라즈마) | ASML 생태계 + Trumpf | 고출력 레이저, 방울 타이밍, 플라즈마 안정성, 파편 완화 |
| 투사 광학 | Zeiss 거의 독점 | 원자 수준 표면 완벽성, 다층 코팅, 대규모 수율 |
| 진공 시스템 | 다수의 특수 공급업체 | 이동 스테이지와 고열 부하를 갖는 초청정 진공 무결성 |
| 계측 및 센서 | 고도로 전문화된 글로벌 체인 | 실시간 나노미터 피드백 루프; 교정, 드리프트, 오염 제어 |
| 제어 소프트웨어 | ASML 독점 | 수천 개 하위 시스템에 걸친 긴밀한 통합; 공정 노하우 |
| 웨이퍼 스테이지 및 메카닉 | 정밀 메카트로닉스 선두 기업 | 진동 없는 극한 가속; 열 안정성; 대규모 반복성 |
중국의 EUV “맨해튼 프로젝트”: 전면적인 반도체 동원
전면 동원
최첨단 칩이 AI, 첨단 로봇공학, 군사 기술 경쟁에 얼마나 중요한지 고려할 때, 중국의 국내 EUV 추진을 맨해튼 프로젝트에 비유하는 것은 단순한 수사가 아니라 그 규모와 긴급성을 반영합니다.
우선, 2025년 초에 최소 370억 유로가 동원된 것으로 보고된 바와 같이, 공공 및 민간 자본이 반도체 전반에 대규모로 투입된 것으로 보이며, 대학 연구, 산업 시설, 핵심 공급업체에 대한 보조금, 보장된 구매, 그리고 미래 칩에 대한 국가 지원 수요 등을 통해 더 많은 자금이 투입되었을 가능성이 있습니다.
또한 2022년 12월에 Huawei가 EUV 관련 특허를 출원한 것으로 보고된 점을 고려하면, 이는 완전히 놀라운 일은 아닐 수도 있습니다.
동시에 또 다른 중국 기업인 SMIC는 기존 DUV 장비를 활용해 EUV 없이 5nm 급 칩을 생산한 것으로 알려졌으며, 이는 제한된 도구로도 ‘대처’하려는 강력한 인센티브를 보여줍니다.
또 다른 개념도 탐구되었습니다: 입자 가속기(싱크로트론)를 이용해 EUV 빛을 생성하는 방법으로, 2023년 초에 논의되었으며 2022년 과학 논문과 연결됩니다.
이 모든 노력은 중국 기관과 기업이 EUV를 마스터하거나, 혹은 이를 대체할 경쟁 기술을 구축하는 데 얼마나 막대한 중요성을 부여했는지를 보여줍니다.
이러한 노력의 중심에는 강력한 제재를 받고 있는 중국 기술 대기업 Huawei가 있습니다.
“Huawei는 이 작업을 위해 전국의 사무실, 제조 공장, 연구 센터에 직원을 파견했습니다.”
“반도체 팀에 배정된 직원들은 종종 현장에서 숙박하며, 근무 주간 동안 집으로 돌아가는 것이 금지되고, 민감한 작업을 담당하는 팀은 전화 접근이 제한됩니다.”
인재 영입이 중국 EUV 프로그램을 가속화한 방법
EUV를 개방하기 위한 또 다른 비밀스러운 노력은 최초에 EUV를 가능하게 만든 경험과 인재를 영입하는 데 초점을 맞춘 것으로 알려졌습니다.
ASML에서 근무한 후 은퇴한 엔지니어들을 포함한 최고 엔지니어들이 주요 영입 대상이었으며, 2020년까지도 현재 ASML 직원들이 영입 제안을 받은 것으로 보고되었습니다.
“그는 내부에 들어가자 가명으로 일하고 있는 다른 전 ASML 동료들을 알아보았고, 비밀을 유지하기 위해 업무 중 가짜 이름을 사용하라는 지시를 받았습니다.”
이러한 영입은 해외에서 일하는 반도체 전문가들에게 수년 전 서명 보너스와 보조금을 제공하며, 최고 인재를 중국으로 끌어들이려는 광범위한 노력의 일환으로 보고되었습니다.
이러한 고용된 전문가들을 위해 일부 국가 규정을 완화한 사례도 보고되었습니다. 예를 들어, 다른 국가의 귀화 시민 중 일부는 중국 여권을 받고 이중 국적을 유지하도록 허용되었으며, 이는 중국이 공식적으로 이중 국적을 금지함에도 불구하고 이루어졌습니다.
이들 엔지니어 대부분이 중국 국적 또는 출신이라는 사실도 영입을 용이하게 했을 수 있습니다.
전반적으로 중국이 ‘기술만 도용한다’는 주장은 빠르게 성장하는 연구·엔지니어링 생태계를 과도하게 단순화한 것입니다. 그러나 이 경우 ASML의 영업 비밀과 겹치는 부분이 의미 있을 수 있습니다.
“ASML은 전 직원이 어디서 일하는지를 통제하거나 제한할 수 없지만, 모든 직원은 계약서에 명시된 비밀 유지 조항에 구속됩니다.”라고 회사는 말했으며, 영업 비밀 도난에 대해 “법적 조치를 성공적으로 진행했다”고 밝혔습니다.
중국 최초 EUV 리소그래피 프로토타입 내부
전 ASML 직원 영입, EUV 부품 역공학, 국내 대체 기술 독자적 개발의 결과로, ASML의 일반적인 180톤 규모, 스쿨버스 크기의 EUV 시스템보다 현저히 큰 프로토타입이 제작된 것으로 보이며, 전체 공장 바닥을 차지한다고 보고되었습니다.
이는 프로토타입이 전력 소모가 더 크거나, 더 컴팩트하지 않으며, 효율이 낮거나, 단순히 ASML의 양산 설계보다 최적화 단계가 초기임을 나타낼 수 있습니다.
구형 ASML 기계에서 회수한 부품과 ASML 공급업체 부품의 중고 시장이 결합되어, 국내 제조가 확대되거나 품질이 향상되는 동안 작동 가능한 프로토타입을 조립하는 데 도움이 되었을 수 있습니다.
아직도 누락될 수 있는 핵심 부품은 Zeiss 광학계이며, 이는 비교 가능한 성능으로 복제하기 매우 어려운 것으로 알려졌습니다. 이 때문에 기계가 아직 원하는 수준의 칩을 생산하지 못하는 이유 중 하나라고 전해집니다.
High-NA EUV: 칩 군비 경쟁의 다음 전선
EUV가 ASML에 수십 년이 걸렸다면, 중국 프로토타입의 등장은 기본 시스템 시연 수준에서라도 따라잡는 것이 많은 사람들이 예상한 것보다 훨씬 빠르게 일어날 수 있음을 시사합니다.
이는 서방 반도체 선두 기업들에게 차세대인 High-NA(수치 개구) EUV에 더욱 힘을 쏟도록 압박을 가합니다.
High-NA EUV는 이미 Intel(INTC )과 같은 기업에서 테스트되고 있으며, Samsung과 TSMC도 평가하고 있습니다. Intel은 2028년을 목표로 생산량 일정을 공개했지만, TSMC와 Samsung은 보다 신중한 입장을 보이며 High-NA EUV를 대량 적용하기보다 향후 <2nm 공정에 대비하고 있습니다.
“광학 시스템이 빛을 포착하는 각도가 클수록 표시되는 세부 사항이 더 정밀해집니다. 이는 광학 EUV 시스템이 점점 더 커지고 있음을 의미합니다.”
출처: Zeiss
High-NA EUV 리소그래피용 거울은 현재 EUV 거울보다 약 두 배 크고 열 배 무겁기 때문에 전체 시스템이 더욱 크고 무겁고 복잡해집니다.
“High-NA EUV 리소그래피용 투사 광학 부품 40,000개 이상이 약 12톤에 달하며, 이는 기존 EUV 리소그래피의 부피와 무게보다 7배에 해당합니다. 이는 고정밀 초점을 보장하기 위함입니다.”
투자자에게 의미하는 바는 무엇인가
단기적으로는 큰 변화가 없을 것으로 보입니다. 중국의 EUV 장비는 아직 프로토타입에 불과하며, 재활용 또는 회수된 ASML 부품에 의존하는 비중이 얼마나 되는지, 혹은 순수 중국산 부품만으로 구성된 비중이 어느 정도인지는 아직 불분명합니다.
하지만 중국이 영원히 실패할 것이라고 가정하기는 어렵습니다. 충분한 전문가, 자금, 시간이 있다면, 특히 부품·재료·계측 등 광범위한 생태계가 성숙해짐에 따라 중국 기관이 결국 EUV의 많은 역량을 복제할 수 없을 이유는 없습니다.
Zeiss 거울과 같은 특정 부품을 중국이 대체할 수 없다는 회의론도 신중히 다루어야 합니다. 이전 분석에서는 중국이 15년 이상 뒤처졌다고 했지만, 이제는 프로토타입이 보고되었습니다.
장기적으로(5~10년) 중국은 파운드리 수준뿐 아니라 장비 제조 수준에서도 독립적인 병행 반도체 공급망을 구축할 수 있습니다.
초기에는 고급 국내 생산이 국내 수요를 우선시하게 되어, 고급 칩·제조 장비·지원 부품에 대한 중국 수출이 감소할 것입니다.
시간이 지나면서 이는 서방 반도체 장비 제조업체와 공급업체의 매출 및 마진에 압박을 가해, 이전 수준의 R&D에 재투자할 능력을 감소시킬 수 있습니다.
ASML과 같은 장비 제조업체 및 파운드리에게 더욱 우려되는 점은, 중국산 고급 칩이 외부 시장에서 직접 경쟁하게 될 가능성으로, 특히 확대되는 BRICS 및 SCO(상하이 협력기구) 상업 네트워크에서 그렇습니다.
ASML과 TSMC가 단기적으로는 우위를 유지하지만, 중국의 EUV 진전은 장기적인 경쟁 압력을 가해 장비, 파운드리, 칩 시장을 재편할 수 있습니다.
결론
많은 이들의 예상보다 몇 년 앞서 중국 EUV 프로토타입이 등장한 것은 실질적인 이정표입니다. 이는 서방이 오랫동안 구조적 우위를 가지고 있던 분야에서 수출 통제와 제재가 기술 역량을 영구적으로 제한하기 어려울 것임을 시사합니다.
최선의 경우 제한이 진전을 지연시킬 수 있지만, 최악의 경우 약 15억 인구 규모의 보호된 국내 시장을 강력한 국가 지원과 산업 역량으로 구축함으로써 오히려 진전을 가속화할 수 있습니다.
이는 중국이 즉시 국내 EUV 장비로 최첨단 칩을 생산한다는 의미는 아닙니다. 그러나 그 목표를 향한 궤적이 이제는 더 명확하고—많은 이들이 이전에 가정했던 것보다 빠를 가능성이 높습니다.
전반적으로 이는 중국이 세계 최대 제조 기반에 머무르지 않고 주요 기술 강국으로 성장하고 있음을 재확인시킵니다.
중국의 돌파구가 장기적인 전망을 바꾸긴 하지만, 반도체 분야에서 즉각적인 우위를 찾는 투자자는 여전히 현재 시장 리더를 주목해야 합니다.
반도체 기업 – TSMC
TSM 가격 차트
중국이 기술 강국으로 부상한 것은 전략적으로 중요하지만, 현재로서는 중국의 반도체 제조 장비가 가장 앞선 서방 시스템에 비해 뒤처져 있거나 겨우 따라잡는 수준으로 보입니다.
따라서 파운드리 사업에서는 공정 관리, 수율 학습, 운영 경험이 향후 10년 동안 결정적인 요소로 남을 가능성이 높습니다.
궁극적으로 반도체 생산은 특수 전문성과 대규모 양산을 통한 비용 절감 능력에 의해 좌우됩니다. 이 모델을 TSMC보다 더 잘 마스터한 기업은 없으며, TSMC는 대만의 초고급 칩 제조 선두 기업입니다.
TSMC는 주로 실리콘 칩을 생산하며, 가장 강력한 3nm와 향후 2nm 급 노드를 포함합니다. 그리고 가장 앞선(그리고 가장 비싼) 칩을 제조하기 때문에 전 세계 파운드리 매출의 지배적인 점유율을 차지합니다.
출처: Eric Flaningam
TSMC는 미국에서도 제조 능력을 확대하고 있으며, 특히 애리조나 팹에 대한 대규모 투자를 진행하고 있습니다.
High-NA EUV 개발이 이미 진행 중인 상황에서, TSMC는 수년간 SMIC와 같은 중국 경쟁자를 한 발 앞서 있을 수 있으며, 특히 수율, 신뢰성, 대량 제조 성숙도에서 그렇습니다.
또한 Samsung, Intel 및 기타 파운드리와 치열하게 경쟁해 왔음에도 불구하고, TSMC는 향후 가시적인 미래에 걸쳐 떠오르는 중국 기반 경쟁으로부터 리드를 방어할 수 있는 위치에 있습니다.
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