중국의 반도체 굴기 - EUV 장비, 독자 개발의 현주소와 미래 (25.6.15)

 

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‎Gemini - 중국 EUV 장비 개발 조사

 

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중국의 자체 EUV 장비 개발 및 운영 가능성에 대한 심층 분석 보고서

요약

 

중국은 첨단 반도체 제조의 핵심인 극자외선(EUV) 리소그래피 장비의 자체 개발 및 운영을 국가적 최우선 과제로 삼고 있습니다. 이는 미국의 제재와 글로벌 공급망 의존도를 줄이기 위한 전략적 움직임으로 해석됩니다. 현재 중국의 반도체 제조 역량은 SMIC(중신궈지)의 7나노미터(nm) 칩 생산 성공에서 볼 수 있듯이 상당한 발전을 이루었으나, 이는 EUV 장비 없이 심자외선(DUV) 기반의 다중 패터닝 기술을 통해 달성된 것입니다. 이러한 DUV 기반 생산 방식은 공정 단계가 현저히 많고(EUV의 약 9단계 대비 34단계), 수율이 낮으며(40~50% 미만), 생산 비용이 높아(TSMC 대비 40~50% 높음) 경제적 효율성이 크게 떨어지는 한계를 가지고 있습니다.[1]

 

중국은 자체 EUV 기술 확보를 위해 막대한 투자를 단행하고 있으며, SMEE(상하이 마이크로일렉트로닉스 장비)와 화웨이, 그리고 중국과학원 산하 연구기관들이 주도적인 역할을 하고 있습니다. 특히, ASML이 사용하는 레이저 유도 플라즈마(LPP) 방식과 다른 레이저 유도 방전 플라즈마(LDP) 방식을 EUV 광원 기술의 대안으로 탐색하는 등 독자적인 기술 경로를 모색하고 있습니다.[7]  이러한 노력은 관련 특허 출원 증가와 학술적 연구 성과로 이어지고 있습니다.[7]

 

그러나 EUV 장비 개발은 광원, 광학계, 포토마스크, 포토레지스트, 펠리클 등 모든 핵심 부품과 시스템 통합에서 극도의 기술 난이도를 요구합니다. ASML이 900개 이상의 글로벌 협력사와 20년 이상 협력하여 구축한 독점적 생태계는 중국이 단기간에 따라잡기 어려운 진입 장벽으로 작용하고 있습니다.8 현재까지 중국의 LDP 광원 기술은 상업적 생산에 필요한 출력에 미치지 못하며, 고정밀 광학계 및 첨단 소재 분야에서도 상당한 격차가 존재합니다.[12]

 

국제 사회, 특히 미국과 네덜란드의 강력한 수출 통제는 중국의 EUV 장비 및 핵심 부품 접근을 효과적으로 차단하고 있으며, 이는 중국의 기술 발전을 10~15년 지연시킬 것이라는 전문가들의 평가가 지배적입니다.[14] 화웨이 등 일부 기업이 2025년 3분기 시범 생산, 2026년 양산을 목표로 하고 있다는 보도가 있으나, 이는 외부 분석가들에 의해 회의적인 시각으로 받아들여지고 있습니다. 상업적으로 경쟁력 있는 수율과 비용으로 대량 생산을 달성하기까지는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상됩니다.[9]

 

결론적으로, 중국은 EUV 장비의 자체 개발을 위한 강력한 의지와 막대한 자원을 투입하고 있으며, 일부 개별 기술 분야에서 진전을 보이고 있습니다. 그러나 EUV 장비의 복잡성과 글로벌 공급망의 특성, 그리고 지속적인 국제 제재를 고려할 때, 가까운 시일 내에 ASML과 같은 수준의 상업적으로 실행 가능한 EUV 생태계를 구축하고 운영하는 것은 매우 어려운 과제로 판단됩니다. 중국의 EUV 개발은 단기적인 경제적 경쟁력보다는 장기적인 기술 자립과 국가 안보 목표에 더 중점을 둔 전략적 시도로 볼 수 있습니다.

 

1. 서론: 반도체 패권 경쟁의 지정학적 지형

1.1. 첨단 칩 제조에서 EUV 리소그래피의 필수적인 역할

극자외선(EUV) 리소그래피는 7나노미터(nm) 이하의 최첨단 반도체 공정, 즉 5nm, 4nm, 3nm와 같은 미세 공정에서 필수적인 기술로 자리매김하고 있습니다.[10] 이 기술은 칩에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있게 하여, 고성능 컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI), 5G 통신망, 자율주행 시스템 등 현대 사회의 핵심 애플리케이션에 필요한 고성능 및 에너지 효율적인 칩을 생산하는 데 결정적인 역할을 합니다.[11]

EUV는 기존의 심자외선(DUV) 리소그래피 방식(예: ArF 이머전의 193nm 파장)에 비해 훨씬 짧은 13.5nm의 파장을 사용합니다.[11] 이러한 짧은 파장은 극도로 미세한 회로 패턴을 구현하는 데 필요한 높은 해상도를 가능하게 합니다.[10 ] 또한, EUV는 DUV가 여러 단계의 복잡한 다중 패터닝(예: 더블, 트리플, 쿼드 패터닝)을 거쳐야만 구현할 수 있는 미세 패턴을 단일 노광으로 형성할 수 있어, 공정 효율성을 크게 향상시키고, 제조 단계를 줄이며, 잠재적인 결함 발생 가능성을 최소화합니다.[4] 이러한 공정 단순화는 생산 시간 단축과 수율 개선에 기여하여 첨단 반도체 제조의 핵심 경쟁력으로 작용합니다.

 

1.2. 반도체 자립을 향한 중국의 야망

중국은 경제적, 산업적 중요성을 고려하여 반도체 산업을 국가 전략 산업으로 지정하고, 첨단 반도체 기술 및 장비의 국산화를 적극적으로 추진하고 있습니다.[41] 특히 미국과의 무역 긴장과 제재가 고조되면서, 중국은 2025년까지 반도체 자급률 70%, 2030년까지 75% 달성을 목표로 하는 '중국제조 2025'와 같은 국가적 이니셔티브를 통해 반도체 자립(반도체 굴기)을 강력히 추진하고 있습니다.[41]

이러한 자립 목표를 달성하는 데 있어 자체 EUV 기술 확보는 가장 중요하고 결정적인 단계로 간주됩니다.8 EUV는 최첨단 칩 생산의 병목 지점으로, 이 기술을 내재화함으로써 중국은 첨단 반도체 생산에 대한 외부 의존도를 근본적으로 해소하고 글로벌 기술 패권 경쟁에서 우위를 점하려는 의도를 가지고 있습니다. 이는 국가 안보와 경제적 자율성을 확보하기 위한 핵심 전략입니다.

 

1.3. 보고서의 목적 및 구성

 

본 보고서는 중국이 자체적으로 EUV 리소그래피 장비를 개발하고 상업적으로 운영할 수 있는지에 대한 포괄적이고 심층적인 분석을 제공하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 중국의 현재 반도체 제조 역량, EUV 기술의 복잡성, 중국의 구체적인 개발 노력과 도전 과제, 국제 제재의 영향, 그리고 전문가들의 현실적인 평가를 다각도로 검토할 것입니다. 궁극적으로 이 보고서는 글로벌 반도체 산업과 지정학적 환경에 미칠 광범위한 전략적 함의를 논의할 것입니다.

 

2. 중국의 현재 반도체 제조 환경

2.1. SMIC의 7nm 생산 진전 (DUV 기반)

 

중국 최대의 파운드리(반도체 위탁생산) 업체인 SMIC(중신궈지)는 7나노미터(nm) 칩 생산에 성공하며 중요한 기술적 이정표를 세웠습니다.1 특히 이러한 성과는 화웨이의 최신 플래그십 스마트폰인 메이트 60 프로에 SMIC가 제조한 기린 9000s 프로세서가 탑재되면서 대외적으로 확인되었습니다.3 이는 미국의 강력한 제재가 중국의 첨단 반도체 기술 접근을 제한하고 있음에도 불구하고 달성된 것으로, EUV 리소그래피 장비 없이 이루어졌다는 점에서 더욱 주목받았습니다.1

SMIC의 7nm 공정은 기존의 심자외선(DUV) 장비, 특히 ArF 이머전 리소그래피를 활용하며, 필요한 미세 패턴을 구현하기 위해 더블 패터닝과 같은 정교한 다중 패터닝 기술을 적용하는 방식으로 이루어졌습니다.2 이러한 방식은 DUV 장비의 물리적 한계를 극복하고 더 미세한 회로를 그리기 위한 고육지책입니다.

 

2.2. 최첨단 노드에서 DUV의 본질적인 한계

 

DUV 장비를 이용한 다중 패터닝은 기술적으로 7nm 공정을 구현할 수 있게 하지만, EUV에 비해 효율성과 복잡성 측면에서 현저한 열위에 있습니다. 예를 들어, 동일한 7nm 공정 레이어를 생산하는 데 EUV는 약 9단계의 공정이 필요한 반면, DUV 다중 패터닝은 약 34단계의 공정이 요구됩니다. 이러한 방대한 공정 단계는 전반적인 제조 복잡성을 크게 증가시키고, 생산 시간을 연장하며, 생산 비용을 상승시키는 주된 요인으로 작용합니다.[4]

 

 

더욱이, DUV 기반의 7nm 칩 생산은 수율 측면에서 심각한 문제를 안고 있습니다. 보고서에 따르면 SMIC의 7nm 칩 수율은 50% 미만으로 추정되며, 특히 화웨이의 Ascend 910C AI 칩의 경우 수율이 약 40%에 불과한 것으로 알려져 있습니다.[4]  이러한 낮은 수율은 생산 단가를 크게 높여, TSMC와 같은 선도 파운드리 업체에 비해 칩당 생산 비용이 40~50% 더 높은 수준으로 이어집니다.[6] 이러한 비효율성은 DUV 기반의 첨단 칩 생산이 상업적 경쟁력을 갖기 어렵게 만드는 결정적인 요인입니다.

 

DUV 다중 패터닝이 경제적 및 기술적 병목 현상을 초래하는 것은 DUV의 긴 파장이라는 물리적 한계에서 비롯됩니다. 이 한계를 극복하기 위해 여러 번의 복잡한 노광 및 식각 공정을 반복해야 하므로, 공정 단계가 기하급수적으로 늘어나고 이는 곧 제조 복잡성 증가, 사이클 타임 연장, 칩당 생산 비용의 급격한 상승, 그리고 수율 저하로 이어집니다. 이러한 본질적인 비효율성은 중국이 EUV 역량을 확보해야 하는 근본적인 동기가 됩니다. DUV 기반의 7nm 생산이 기술적으로 가능함을 보여주었지만, 이는 상업적 대량 생산을 위한 지속 가능한 해결책이 될 수 없음을 의미합니다.

 

2.3. 중국 파운드리 역량 및 성숙 노드 집중 현황

 

현재 중국 파운드리 업체들은 매출 기준으로 전 세계 시장 점유율의 약 7%를 차지하고 있습니다.[48]  이들 업체의 주요 전략적 초점은 레거시(구형) 및 성숙 공정 노드, 즉 28nm, 14nm 이상의 칩 생산 역량을 확대하는 데 맞춰져 있습니다.[1]

 

2022년 기준으로 전 세계 12인치 웨이퍼 팹(fab)의 거의 절반이 중국에 위치하고 있으며, 2023년에는 13개의 새로운 팹이 가동을 시작하여 중국의 전체 반도체 생산 능력은 전년 대비 13% 증가한 월 860만 장에 달했습니다.[6]  그러나 이러한 생산 능력 확대는 주로 성숙 공정 기술에 집중되어 있습니다.

 

이러한 현상은 중국의 반도체 산업 전략이 두 가지 축으로 진행되고 있음을 시사합니다. 첫째, 중국은 광범위한 애플리케이션(예: 자동차, 산업용, 일반 가전제품)에 필수적인 성숙 노드 칩 생산에서 자급자족 및 지배력을 확보하는 데 주력하고 있습니다. 이는 국내 수요를 충족시키고 상당 부분의 칩 공급에 대한 해외 의존도를 줄여 국가의 기초적인 산업 기반을 강화하는 데 기여합니다. 둘째, 이와 동시에 가장 첨단 기술이 필요한 분야를 위해 EUV와 같은 최첨단 기술을 추구하는 야심 찬 노력을 기울이고 있습니다. 이러한 전략은 비록 EUV 개발이 지연되거나 제한적인 성공을 거두더라도, 중국이 상당 부분의 칩 수요를 자체적으로 충족할 수 있는 강력하고 자립적인 국내 반도체 기반을 체계적으로 구축하고 있음을 보여주며, 이는 중국의 전략적 회복력을 높이는 데 기여할 것입니다.

 

표 1: SMIC의 7nm 생산 지표 (DUV 기반) 및 효율성

지표	SMIC (7nm, DUV 기반)	EUV (7nm)
리소그래피 방식	DUV 다중 패터닝 2	EUV 단일 노광 4
공정 단계 수 (추정)	약 34단계 4	약 9단계 4
추정 수율	50% 미만 (일반), 화웨이 Ascend 910C AI 칩 약 40% 4	EUV는 DUV 대비 높은 수율 잠재력 34
칩당 생산 비용 (TSMC 대비)	40-50% 높음 6	DUV 대비 공정 단순화로 비용 효율성 개선 34
서브-7nm 노드 적용 가능성	기술적 한계 및 비효율성 6	필수적 기술 10

 

3. EUV 해부: 핵심 기술 및 글로벌 의존성

3.1. EUV 리소그래피의 기본 원리 (13.5nm 파장)

EUV 리소그래피는 13.5나노미터(nm)라는 극도로 짧은 파장의 극자외선(EUV)을 활용합니다.[11]  이는 기존 DUV 리소그래피(예: ArF 이머전의 193nm 파장)에 비해 훨씬 짧은 파장으로, 첨단 반도체 회로에 필요한 극미세 패턴을 형성하는 데 필수적인 높은 해상도를 가능하게 합니다.[10]

 

EUV 빛의 독특한 특성은 공기를 포함한 거의 모든 물질에 의해 강하게 흡수된다는 점입니다.[36]  이러한 특성 때문에 EUV 장비 내부의 광원부터 웨이퍼까지의 전체 광학 경로는 진공 상태를 유지해야 합니다.[11]  또한, 기존의 굴절 렌즈는 EUV 빛을 너무 많이 흡수하므로 사용할 수 없으며, 대신 모든 광학 요소(포토마스크 포함)는 빛을 반사하는 거울로 구성되어야 합니다.[11]

 

3.2. 핵심 부품: 광원, 광학계, 포토마스크, 포토레지스트, 펠리클

EUV 리소그래피 장비는 여러 고도로 정밀하고 복잡한 핵심 부품들의 유기적인 결합으로 이루어집니다.

• EUV 광원: EUV 빛을 생성하는 주된 방식은 레이저 유도 플라즈마(LPP)입니다. 이는 강력한 레이저(주로 CO2 레이저)를 미세한 주석(Sn) 액적에 조사하여 초고온 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마에서 13.5nm 파장의 EUV 빛을 방출시키는 방식입니다.[10]  이 과정은 극도로 안정적이고 높은 출력, 그리고 레이저 에너지에서 EUV 빛으로의 높은 전환 효율을 요구합니다.
• EUV 광학계 (미러): EUV 광학계는 일련의 고정밀, 무결점 반사형 다층 거울로 구성됩니다. 이 거울들은 일반적으로 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 교번층(약 80층)으로 이루어져 브래그 회절을 통해 EUV 빛을 반사하도록 설계됩니다.[35]  각 거울은 EUV 빛의 약 30%를 흡수하기 때문에, 6개의 거울로 구성된 시스템의 경우 초기 빛 강도의 90% 이상이 손실될 수 있어, 극도로 강력한 광원이 필수적입니다.[35] 
• 포토마스크: 웨이퍼에 전사될 정교한 회로 패턴이 새겨진 원본 역할을 합니다. DUV 마스크와 달리 EUV 포토마스크 또한 반사형 구조이며, 일반적으로 40~50층의 Mo/Si 층 위에 패턴을 정의하는 흡수층으로 구성됩니다.[36]  이 마스크는 개당 수억 원에 달하는 매우 고가의 부품입니다.[38] 
• 포토레지스트: 실리콘 웨이퍼 위에 코팅되는 감광성 화학 물질입니다. EUV 포토레지스트는 DUV 레지스트와 근본적으로 다르며, EUV 빛을 흡수하여 2차 전자를 생성하고, 이 2차 전자가 회로 패턴을 정의하는 화학 반응을 유도하도록 설계됩니다.[36] 포토레지스트 개발의 주요 과제는 해상도(resolution), 민감도(sensitivity), 선폭 거칠기(line-width roughness)라는 'RLS 트라이앵글' 사이의 균형을 맞추는 것입니다. 한 가지 특성을 개선하면 다른 특성이 저하되는 경향이 있어 개발이 매우 어렵습니다.[24] 
• 펠리클: 포토마스크 표면에 먼지나 입자가 오염되는 것을 방지하기 위해 마스크 위에 일정 간격을 두고 위치하는 매우 얇고 투명한 보호 필름입니다.[38]  EUV 애플리케이션의 경우, 펠리클은 빛 손실을 최소화하기 위해 극도로 높은 투과율(이상적으로 90% 이상)을 가져야 하지만, EUV 빛의 높은 흡수성 때문에 이는 상당한 기술적 난관입니다.[50]  현재 펠리클의 투과율은 85% 수준으로, 두 번의 반사를 거치면 실제 빛 투과율은 약 72%에 불과합니다.[54] 

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3.3. EUV의 장점: 미세화, 성능 및 공정 효율성

EUV 리소그래피는 반도체 소자의 크기를 줄이고, 동일 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있게 합니다.[11]  이는 직접적으로 더 강력하고, 빠르며, 에너지 효율적인 칩 생산으로 이어집니다.

 

더욱 중요한 것은, EUV가 첨단 노드에서 리소그래피 공정을 획기적으로 단순화한다는 점입니다.[4]  DUV에서 필수적인 복잡한 다단계 패터닝(더블, 트리플, 쿼드 패터닝)의 필요성을 줄이거나 제거함으로써, 제조 시간을 단축하고, 공정 변동성을 줄이며, 잠재적인 결함 발생률을 최소화할 수 있습니다. 이러한 공정 단순화는 생산성 향상과 비용 절감에 기여하여 첨단 반도체 제조의 효율성을 극대화합니다.

 

3.4. 글로벌 생태계와 ASML의 독점

네덜란드에 본사를 둔 ASML은 EUV 리소그래피 장비의 상업적 생산 및 공급에서 사실상 독점적인 지위를 확보하고 있습니다.[8] 현재 다른 어떤 기업도 상업적 규모로 EUV 시스템을 제조하지 못하고 있습니다.

 

ASML과 그 광범위한 글로벌 파트너 네트워크가 EUV 기술을 개발하는 데는 20년 이상이라는 막대한 시간과 노력이 투입되었습니다.[8]  이 생태계는 광원 공급업체인 Cymer(미국), 초정밀 광학 시스템 공급업체인 Carl Zeiss(독일) 등 900개 이상의 고도로 전문화된 기업들이 참여하는 복잡하고 정교한 공급망으로 구성되어 있습니다.[8] 

 

EUV 기술은 단순히 하나의 장비가 아니라, 수많은 고도로 통합된 독점적인 서브 시스템과 수십 년간 축적된 암묵적 지식이 글로벌 전문 생태계에 분산되어 있는 '시스템의 시스템'입니다. 각 개별 구성 요소(광원, 광학계, 마스크, 레지스트 등)는 공학 및 재료 과학의 정점을 대표하며, 종종 자체적인 독점적 공급업체를 가지고 있습니다. 이러한 복잡한 상호 의존성과 수백 개의 공급업체에 걸쳐 있는 전문 지식의 깊이는 단일 국가가 EUV 분야에서 완전한 자급자족을 달성하려는 시도에 거의 극복할 수 없는 장벽으로 작용합니다. 이는 EUV가 단순히 역설계하거나 고립된 환경에서 독립적으로 개발하기 어려운 '블랙박스' 기술임을 의미합니다.

 

표 2: EUV vs. DUV 리소그래피 비교 (첨단 노드 기준)

특징	DUV (Deep Ultraviolet)	EUV (Extreme Ultraviolet)
파장 (nm)	193nm (ArF 이머전) 37	13.5nm 11
광원 유형	ArF 엑시머 레이저 37	레이저 유도 플라즈마 (LPP) 12
광학 시스템 유형	투과형 렌즈 37	반사형 미러 34
작동 환경	공기 중 또는 액침 37	고진공 36
7nm 공정 복잡성 (단계 수)	약 34단계 (다중 패터닝) 4	약 9단계 (단일 노광) 4
수율 잠재력	낮음 (SMIC 7nm: 40-50% 미만) 4	높음 34
웨이퍼당 비용	높음 (TSMC 7nm 대비 40-50% 높음) 6	DUV 다중 패터닝 대비 효율적 34
생산성 (WPH)	높음 (예: 6000 wafers/day for single-patterned layer) 57	DUV 대비 공정 단순화로 높은 생산성 달성 가능 34
서브-7nm 노드 적용 가능성	기술적 및 경제적 한계 6	필수적 기술 10

 

4. 중국의 국내 EUV 개발 이니셔티브

4.1. 주요 참여자: SMEE, 화웨이 및 연구 기관

중국은 EUV 장비의 자체 개발을 위해 여러 주요 기업과 연구 기관이 협력하고 있습니다.

• SMEE (상하이 마이크로일렉트로닉스 장비): 중국의 선도적인 국내 노광 장비 개발사로서, 28nm DUV 장비 개발을 발표하는 등 기술력을 입증하고 있습니다.[7]  SMEE는 더 복잡한 EUV 개발 이니셔티브에도 적극적으로 참여하고 있으며, 이는 중국의 반도체 자립 목표에서 핵심적인 역할을 합니다.[11] 
• 화웨이: 미국의 강력한 제재에도 불구하고, 화웨이는 중국의 반도체 자립을 이끄는 중추적인 기업으로 남아 있습니다. 화웨이는 다수의 EUV 관련 특허를 출원했으며, 자체 개발 EUV 장비를 테스트 중인 것으로 알려져 있어, 이 전략적 목표에 대한 깊은 의지를 보여주고 있습니다.8
• 중국과학원(CAS) / 상하이 광학정밀기계연구소: 학술 및 연구 기관들은 기초 기술 개발에서 중요한 역할을 합니다. 특히 상하이 광학정밀기계연구소는 EUV 광원 기술에서 주목할 만한 돌파구를 보고했습니다. 이 연구소는 고체 레이저 구동 LPP EUV 광원을 개발하여 실험실 환경에서 경쟁력 있는 전환 효율을 달성했습니다.[13] 

 

4.2. 대체 광원 접근 방식: LDP vs. ASML의 LPP

중국 연구자들, 특히 화웨이와 관련된 연구팀은 ASML이 사용하는 레이저 유도 플라즈마(LPP) 방식과 직접적으로 경쟁하기보다는, 레이저 유도 방전 플라즈마(LDP) 방식을 EUV 광원의 대안으로 적극적으로 탐색하고 개발하고 있습니다.[10] 

 

LDP 방식은 더 간단한 설계, 더 작은 크기, 향상된 에너지 효율성, 그리고 잠재적으로 더 낮은 제조 비용 등 여러 장점을 제공한다고 주장됩니다.[10]  이 방식은 레이저를 사용하여 주석을 사전 플라즈마 상태로 기화시킨 다음, 전기 방전을 통해 추가로 이온화시키는 방식으로 작동합니다.

 

그러나 ASML은 초기 EUV 개발 단계에서 LDP 방식의 전력 확장성 한계 때문에 LPP 방식을 선택했습니다.12 현재 LDP 시제품은 상업적으로 실행 가능한 EUV 리소그래피에 필요한 250W 이상의 출력에 비해 훨씬 낮은 50-100W 수준의 출력을 생성하는 것으로 보고되고 있습니다.[12]

 

중국이 LDP 방식을 개발하는 것은 단순히 기존 기술을 따라잡는 것을 넘어, ASML의 광범위한 특허 포트폴리오와 복잡한 글로벌 통합 공급망을 우회하려는 전략적 결정으로 해석됩니다. 이는 근본적으로 다른 물리적 원리를 통해 EUV 생성을 추구하는 것으로, 장기적으로는 독자적이고 잠재적으로 더 지역화된 시스템을 개발하여 현재의 글로벌 독점 체제에 도전하려는 의도를 보여줍니다. 비록 초기 성능이 열등하거나 상업화가 지연되더라도, 이러한 대체 경로는 미래에 독특하고 자립적인 EUV 생태계를 구축하여 반도체 기술 지형에 새로운 축을 형성할 수 있습니다.

 

4.3. 특허 출원 및 학술 연구 성과

SMEE는 2023년 12월 EUV 방사선 발생기 및 리소그래피 장비에 대한 중요한 특허를 출원했으며, 이는 2024년 9월에 공개되었습니다. 이는 EUV 분야에서 활발한 개발과 지적 재산권 확보에 대한 집중을 나타냅니다.[7 ] 화웨이 또한 다양한 EUV 관련 특허를 출원한 것으로 알려져 있습니다.[8] 

 

중국 학술 기관들은 전 세계 반도체 연구에 대한 기여를 늘리고 있습니다. 한국과학기술정보연구원(KISTI) 및 기타 출처의 보고서에 따르면, 중국 연구자들이 이 분야에서 발표하는 고영향 논문의 양과 질이 모두 크게 증가하고 있으며, 일부 학술 지표에서는 미국을 능가하는 수준에 도달하고 있습니다.[13] 

 

특히 주목할 만한 성과는 상하이 광학정밀기계연구소가 실험실 환경에서 고체 레이저 구동 LPP EUV 광원의 3.42% 전환 효율을 달성했다고 보고한 것입니다. 연구자들은 이론적 최대 효율이 6%에 달할 수 있다고 전망하며, 이는 ASML의 상업용 시스템의 5.5% 전환 효율에 매우 근접한 수준입니다.[13] 

 

SMEE와 화웨이 등 주요 중국 기업들의 특허 출원 증가와 더불어, EUV 광원 전환 효율과 같은 학술적 연구 성과가 보고되는 것은 중국의 연구 개발 접근 방식에 전략적인 변화가 있음을 시사합니다. 과거 중국은 역설계나 지적재산권 침해에 대한 비판에 직면하기도 했지만, 현재의 데이터는 EUV의 기초 과학 및 공학 분야에서 독자적인 혁신을 위한 체계적이고 진정한 노력을 보여줍니다. 이는 장기적으로 기초 지식을 구축하고, 독창적인 지적 재산권을 창출하며, 심층적인 기술 전문성을 육성하려는 전략을 의미합니다. 이러한 변화는 중국이 단순히 기존 기술을 모방하는 것을 넘어, 지속 가능한 기술 자립을 위한 독자적인 혁신 역량을 체계적으로 개발하고 있으며, 이는 먼 미래에 예측 불가능한 기술적 진보로 이어질 수 있음을 시사합니다.

 

4.4. 정부 지원 및 투자: "빅 펀드"와 인재 양성

 

중국 정부는 '중국제조 2025'와 같은 이니셔티브를 통해 반도체 산업을 국가 전략적 우선순위로 지정하고, 자급자족 달성을 위한 전례 없는 최고 수준의 지원을 제공하고 있습니다.[41] 

 

이러한 의지는 '빅 펀드(Big Fund)'로 알려진 막대한 국가 주도 투자 기금을 통해 뒷받침됩니다. 1단계에서 1,387억 위안, 2단계에서 2,041.5억 위안이 투자되었으며, 2024년 5월에는 3단계 기금 설립이 공식화되는 등 반도체 생태계에 대한 투자 규모는 지속적으로 확대되고 있습니다.[43]  이 기금은 주로 반도체 제조 기업에 집중 투자되었으나, 2단계부터는 장비 및 재료 산업의 국산화를 지원하는 방향으로 투자가 증액되었습니다. [41]

 

동시에 중국은 반도체 분야의 심각한 인력 부족 문제를 해결하기 위해 적극적인 인재 양성 정책을 추진하고 있습니다. 2025년까지 30만 명의 반도체 전문 인력 부족이 예상되는 상황에서, 중국은 산학 연계를 강화하고 해외 고급 인력을 유치하기 위해 파격적인 대우와 인센티브를 제공하고 있습니다.[41] 여기에는 EUV 리소그래피 최적화, 수율 향상, 클린룸 관리 등 특정 기술 분야의 전문가를 위한 세금 감면, 사이닝 보너스, 빠른 경력 성장 기회 등이 포함됩니다.[66] 이러한 인재 유치 노력은 중국이 첨단 기술 자립을 위한 핵심 자원인 인적 자본을 확보하는 데 얼마나 집중하고 있는지를 보여줍니다.

 

5. 중국 EUV 야망의 주요 도전 과제 및 난관

5.1. 공급망 전반의 기술적 난관

EUV 장비의 자체 개발 및 운영은 단일 기술이 아닌, 여러 고도로 복잡한 기술의 통합을 요구하며, 중국은 각 단계에서 심각한 기술적 난관에 직면해 있습니다.

• 광원 안정성 및 출력: EUV 광원은 극도로 안정적이고 높은 출력을 유지해야 합니다. ASML의 LPP 방식은 250W 이상의 상업적 출력을 달성했지만, 중국이 개발 중인 LDP 방식은 현재 50-100W 수준에 머물러 있어 상업적 생산에 필요한 수준에 크게 미치지 못합니다.[12] 광원 효율성, 수율, 공정 안정성 등 핵심 성능 지표에서 지속적인 개선이 필요합니다.[35] 
• 고정밀 광학계(미러) 및 계측: EUV 장비의 핵심은 13.5nm 파장의 빛을 정밀하게 제어하고 반사하는 고도로 정교한 다층 미러 시스템입니다.[11] 이 미러는 몰리브덴-실리콘을 수십 층 완벽하게 쌓아 올려야 하며, 각 미러가 30%의 빛을 흡수하므로 높은 반사율과 무결점이 필수적입니다.[35]  ASML의 광학계는 독일 칼자이스(Carl Zeiss)와 같은 세계 최고 수준의 기술에 의존하고 있으며 [23] , 중국이 이러한 수준의 광학계 제조 기술을 자체적으로 확보하는 것은 매우 어려운 과제입니다.[16]  또한, 마스크 결함을 정밀하게 검사하는 AIMS EUV와 같은 첨단 계측 장비의 개발 및 확보도 중요합니다.[39] 
• 첨단 포토마스크 및 펠리클: 포토마스크는 반도체 회로 패턴의 원본으로, EUV 마스크는 반사형 구조와 복잡한 흡수층을 포함하며 수억 원에 달하는 고가 부품입니다.[36]  마스크의 결함은 최종 반도체 수율에 치명적인 영향을 미치므로, 결함 없는 마스크 제작 기술과 이를 보호하는 펠리클 기술이 필수적입니다.[50]  EUV 펠리클은 90% 이상의 높은 투과율을 요구하지만, EUV 빛의 흡수성 때문에 개발이 매우 어렵습니다.[50]  현재 일본 기업이 글로벌 선두이며, 중국은 자체 개발에 착수했으나 아직 걸음마 단계에 있습니다.[53] 포토레지스트 또한 EUV 빛에 특화된 새로운 화학적 특성을 요구하며, 해상도, 민감도, 선폭 거칠기 사이의 균형을 맞추는 것이 난제입니다.[24]  중국은 g/i-line 및 KrF 포토레지스트에서 진전을 보였으나, ArF 및 EUV용 고순도 포토레지스트 시장에서는 여전히 기술적 격차가 크고 국내 침투율이 1% 미만입니다.[25] 
• 통합 시스템 엔지니어링 및 수율 최적화: EUV 장비는 개별 부품들의 단순한 합이 아니라, 모든 구성 요소가 완벽하게 동기화되고 정밀하게 작동해야 하는 고도로 복잡한 시스템입니다.[15]  광원, 광학계, 마스크, 웨이퍼 스테이지, 진공 시스템, 소프트웨어 제어 등 수많은 서브 시스템을 통합하고 최적화하여 상업적으로 경쟁력 있는 수율과 처리량을 달성하는 것은 ASML조차 수십 년이 걸린 난제입니다.[4]  현재 SMIC의 DUV 기반 7nm 수율이 50% 미만인 점을 고려할 때, 훨씬 복잡한 자체 EUV 시스템으로 경쟁력 있는 수율을 확보하는 것은 엄청난 도전입니다.[4]

 

5.2. 국제 제재 및 수출 통제의 영향

미국과 네덜란드의 강력한 수출 통제는 중국의 EUV 장비 및 관련 핵심 부품 접근을 심각하게 제한하고 있습니다. ASML은 2019년부터 미국의 압력으로 인해 중국에 EUV 장비 수출이 금지되었으며, 2023년 9월부터는 DUV 장비의 특정 모델(Twinscan 1970i, 1980i)에 대해서도 수출 허가를 의무화하는 등 제재 범위가 확대되었습니다.[14]  네덜란드 장관은 중국이 반도체 장비 수출 통제 완화를 요청했다고 밝히기도 했습니다.[27]

 

이러한 제재는 단순히 장비 공급을 막는 것을 넘어, 핵심 부품 공급망과 전문 기술 인력의 지식 이전까지 제한하여 중국의 기술 발전을 다각도로 저해하고 있습니다.[74]  ASML CEO는 이러한 제재가 중국 반도체 산업을 10~15년 뒤처지게 만들 것이라고 전망했습니다.[26]  중국은 이에 맞서 반도체 고급 인력에 파격적인 대우를 제공하며 해외 인재를 적극적으로 유치하고 있지만, 지식 이전의 한계는 여전히 존재합니다.[66]

 

국제 제재는 중국의 반도체 산업에 양날의 검으로 작용하고 있습니다. 한편으로는 첨단 기술 접근을 차단하여 중국의 기술 발전을 지연시키고 있습니다.[14]  ASML CEO를 비롯한 많은 전문가들은 중국이 EUV 장비를 개발하는 데 최소 10~15년이 걸릴 것이라고 평가하며, 이는 ASML이 이미 'High-NA EUV'로 한 차원 높은 기술을 향해 나아가는 시점과 맞물려 격차가 더욱 벌어질 수 있음을 의미합니다.[14]

 

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다른 한편으로는, 이러한 제재가 역설적으로 중국의 '자립' 노력을 가속화시키고 있습니다.[44] 외부 기술에 대한 접근이 차단되면서 중국은 국내 공급망 구축과 독자적인 기술 개발에 막대한 자원을 투입할 수밖에 없게 되었고, 이는 장기적으로 더욱 탄력적인 국내 반도체 생태계를 구축하는 동기가 되고 있습니다. 미국의 제재가 단기적으로는 중국의 첨단 AI 시스템 배포 능력을 저해할 수 있지만, 장기적으로는 중국의 기술 자급자족을 촉진하여 미국 기업의 수익을 감소시키고 중국 경쟁사들에게 이점을 줄 수 있다는 분석도 제기됩니다.[45]

 

5.3. 타임라인 및 실현 가능성에 대한 전문가 평가

중국 내부에서는 자체 EUV 장비 개발에 대한 야심 찬 목표를 제시하고 있습니다. 화웨이 등은 2025년 3분기부터 국내 개발 EUV 장비의 시범 생산을 시작하고, 2026년에는 대량 생산에 돌입할 것이라는 보도가 있습니다.[9]

 

그러나 이러한 타임라인에 대해 외부 전문가들은 회의적인 시각을 유지하고 있습니다. ASML CEO를 비롯한 반도체 업계의 최고 전문가들은 EUV 장비 개발의 극심한 기술 난이도와 ASML이 구축한 방대한 글로벌 공급망의 복잡성을 고려할 때, 중국이 단기간 내에 EUV 장비를 독자 개발하는 것은 "불가능하다"거나 "10~15년 뒤에도 어려울 것"이라고 단언하고 있습니다.[14]

 

일부에서는 중국이 공개하는 EUV 관련 이미지가 실제 리소그래피 시스템이 아닌 정렬 및 테스트 도구일 수 있다는 의구심을 제기하기도 합니다.[32] 이는 중국의 EUV 기술 진전에 대한 정보가 불확실하며, 실제 상업적 생산 능력과는 거리가 있을 수 있음을 시사합니다.[32] 현재까지 SMIC나 다른 중국 기업들이 가까운 시일 내에 EUV 칩을 제조할 수 있다는 신뢰할 만한 정보는 부족한 상황입니다.[32]

 

이러한 평가는 중국이 EUV 장비의 시범 생산이나 특정 구성 요소 개발에서 진전을 보일 수는 있지만, ASML과 경쟁할 수 있는 수준의 상업적으로 실행 가능한 EUV 생태계를 구축하고 운영하기까지는 상당한 시간과 노력이 필요하다는 것을 의미합니다. 특히, 경제적으로 경쟁력 있는 수율과 처리량을 달성하는 것은 개별 기술 개발보다 훨씬 더 큰 난관으로 남아 있습니다.

 

6. 결론 및 전략적 함의

 

중국은 첨단 반도체 자립이라는 국가적 목표 아래 EUV 리소그래피 장비의 자체 개발 및 운영에 막대한 자원과 노력을 투입하고 있습니다. SMIC가 DUV 기반의 다중 패터닝을 통해 7nm 칩 생산에 성공하며 기술적 역량을 보여주었으나, 이는 낮은 수율과 높은 비용이라는 본질적인 한계를 안고 있어 상업적 경쟁력을 확보하기 어렵습니다. 이러한 비효율성은 중국이 EUV 기술을 절실히 필요로 하는 주된 이유입니다.

 

중국은 SMEE, 화웨이, 그리고 유수의 연구기관들을 중심으로 EUV 광원 기술(특히 LDP 방식), 광학계, 포토마스크, 포토레지스트 등 핵심 부품의 국산화를 추진하며 일부 분야에서 학술적 및 특허적 진전을 보이고 있습니다. 이는 단순히 기존 기술을 모방하는 것을 넘어, 독자적인 기술 경로를 탐색하고 근본적인 혁신 역량을 구축하려는 장기적 전략의 일환으로 해석됩니다. 또한, 중국은 성숙 노드 반도체 생산 역량을 대폭 확대하여 광범위한 국내 수요를 충족시키고 글로벌 공급망 의존도를 줄이는 이중 전략을 병행하고 있습니다.

 

그러나 EUV 장비는 광원, 고정밀 광학계, 첨단 포토마스크 및 펠리클, 특수 포토레지스트 등 수많은 최고 난이도 기술들의 유기적인 통합을 요구하는 '시스템의 시스템'입니다. ASML이 900개 이상의 글로벌 협력사와 20년 이상 협력하여 구축한 독점적이고 복잡한 생태계는 중국이 단기간에 따라잡기 어려운 거대한 진입 장벽으로 작용합니다. 현재 중국의 LDP 광원 기술은 상업적 생산에 필요한 출력에 미치지 못하며, 다른 핵심 부품 분야에서도 상당한 기술 격차가 존재합니다.

 

더욱이, 미국과 네덜란드 등 국제 사회의 강력한 수출 통제는 중국의 EUV 장비 및 핵심 부품, 그리고 전문 기술 인력에 대한 접근을 효과적으로 차단하고 있습니다. 이러한 제재는 중국의 기술 발전을 10~15년 지연시킬 것이라는 전문가들의 평가가 지배적입니다. 비록 제재가 중국의 '자립' 노력을 가속화시키는 역설적인 효과를 가져오기도 하지만, 이는 상업적으로 경쟁력 있는 수준의 기술 격차를 단기간 내에 해소하기 어렵게 만듭니다.

 

화웨이 등 일부 기업이 2025년 시범 생산, 2026년 대량 생산이라는 야심 찬 목표를 제시하고 있으나, 이는 외부 분석가들에 의해 회의적인 시각으로 받아들여지고 있습니다. 상업적으로 경쟁력 있는 수율과 비용으로 대량 생산을 달성하기까지는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상됩니다.

 

결론적으로, 중국은 EUV 장비의 자체 개발을 위한 강력한 의지와 막대한 자원을 투입하고 있으며, 특정 개별 기술 분야에서 주목할 만한 진전을 보이고 있습니다. 그러나 EUV 장비의 복잡성, 글로벌 공급망의 특성, 그리고 지속적인 국제 제재를 고려할 때, 가까운 시일 내(향후 5~10년)에 ASML과 같은 수준의 상업적으로 실행 가능한 EUV 생태계를 구축하고 운영하는 것은 매우 어려운 과제로 판단됩니다. 중국의 EUV 개발 노력은 단기적인 경제적 경쟁력보다는 장기적인 기술 자립과 국가 안보 목표에 더 중점을 둔 전략적 시도로 볼 수 있습니다. 따라서 글로벌 반도체 시장의 주요 참여자들은 중국의 EUV 개발 진행 상황을 지속적으로 면밀히 주시하되, 단기간 내에 중국이 첨단 EUV 시장에서 경쟁자로 부상할 가능성은 낮게 평가하는 것이 합리적인 전략적 판단의 기초가 될 것입니다.

 

 

Works cited

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3. "中 기술력으론 안될텐데…?" 화웨이, 7nm 자체 칩 생산 어떻게 가능했나 - 아시아경제, accessed June 15, 2025, https://cm.asiae.co.kr/article/2023090414222462349
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52. [포토공정] 추가교육 : "EUV, High-NA 기술원리" - 딴딴's 반도체사관학교, accessed June 15, 2025, https://sshmyb.tistory.com/104
53. 노광 공정 EUV핵심 부품 포토마스크 원재료 블랭크마스크와 펠리클 관련기업 에프에스티 에스앤에스텍 밸류체인(ft.염블리) : 네이버 블로그, accessed June 15, 2025, https://blog.naver.com/minipooh20/223285292345?viewType=pc
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60. SMEE's 28nm Lithography Machine: Inside China's Semiconductor Leap & Breaking ASML's Monopoly. - YouTube, accessed June 15, 2025, https://www.youtube.com/watch?v=Hp4Wvdd82XE
61. 美 제재 보란 듯···中 “ASML보다 출력 4배 EUV 기술 개발” - Daum, accessed June 15, 2025, https://v.daum.net/v/20250408101704042
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65. 중국 반도체 산업의 발전현황과 시사점 - 한중 DB, accessed June 15, 2025, https://hanzhong.ii.re.kr/download/THUMBNAIL_ATTACH?storageNo=1947
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72. 중국 반도체 업체 SMIC, 미국 기술 제재로 칩 생산 문제 발생 - AI타임스, accessed June 15, 2025, https://www.aitimes.com/news/articleView.html?idxno=170335
73. 美, 中 첨단 반도체 유입 더 옥죈다…삼성·TSMC 등 영향권 - 지디넷코리아, accessed June 15, 2025, https://zdnet.co.kr/view/?no=20250115153821
74. US Export Controls on AI and Semiconductors: Two Divergent Visions, accessed June 15, 2025, https://laweconcenter.org/resources/us-export-controls-on-ai-and-semiconductors-two-divergent-visions/
75. China warns ASML over lithography equipment controls . . . again ... - eeNews Europe, accessed June 15, 2025, https://www.eenewseurope.com/en/china-warns-asml-over-lithography-equipment-controls-again/