미국이 중국의 반도체 굴기를 막기 위해 네덜란드 ASML의 EUV 장비를 수출하지 못하게 막았더니 중국이 이머전 DUV 생산을 시작해 전 세계 주식시장이 난리가 났습니다.
대체 노광장비가 무엇이기에 미국이 중국에 수출을 막았는지 이유가 궁금한데요.
소위 노광장비라고 불리는 EUV는 반도체를 생산하는 핵심 장비로 흔히 실리콘 웨이퍼에 초미세 회로 패턴을 그리는 핵심 기술입니다.
극작외선 노광기술로 반도체에 회로를 그리는데 7나노 이하에도 적용할 수 있는 기술입니다.
ASML의 EUV 장비가 없는 중국에서 고성능 반도체가 나오기 쉽지 않았고 한때 화웨이가 개발한다는 소문도 있었지만 아직까지 성과가 없는 최첨단 기술 중 하나입니다.
특히 EUV는 반도체 제작의 핵심 장비인데 기술이 까다로워, 사실상 ASML이 독점하다시피 하고 있고 설사 기계가 있다고 해도 설치하는데도 엄청난 노하우가 필요한 장비입니다.
EUV(극자외선) 기술의 발전 단계와 DUV(심자외선)와의 차이점에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
목차
극자외선 EUV 리소그래피 기술이란?
EUV (EXTREME ULTRAVIOLET Lightgraphy)는 파장 13.5 나노의 극자외선을 사용하는데 파장이 짧을수록 더 미세한 회로 패턴을 웨이퍼에 새길 수 있습니다. EUV가 나오기 이전에는 불화아르곤 (ArF) 노광 장비를 사용했는데 193nm의 파장의 빛을 사용했었습니다.
이 기술의 문제는 13.5nm 파장의 빛은 자연에 존재하지 않아서 인위적으로 만들어야 하는데 주석(Sn) 방울에 고출력 CO2 레이저를 두번 쏴서 플라즈마를 발생시키는 LPP(Laser-Produced Plasma)방식이 현재 사용되고 있는 기술입니다.
(※ 주석 방울이란 주석 금속을 액체 방울로 만들어서 초당 약 5만 개씩 진공 챔버 안으로 떨어뜨리는데 이 방울에 CO2 레이저를 두번 쏘면 주석 원자들이 이온화 되면서 13.5nm의 극자외선을 방출하는데 이 빛을 모아서 웨이퍼 노광에 사용합니다. )
※ 노광(Exposure)은 빛을 이용해서 웨이퍼 위에 회로 패턴을 새기는 공정을 말합니다.
그럼 여기서 EUV 기술이 중요한 이유는 노광을 할때 빛의 파장이 길수록 회로 선폭이 커질 수밖에 없는데 현 시대에 가장 최첨단 기술입니다. 참고로 심자외선 DUV는 190~250nm 파장의 자외선을 사용하는 것인데 ArF(193nm), KrF(248nm) 모두 DUV 기술에 속합니다.
중국 ArF 이머전 DUV 기술이란?
193nm의 빛을 물속에서 굴절시켜서 기존 불화아르곤 방식보다 해상도를 더 끌어올린 것으로 7nm 공정까지도 DUV로 만들 수 있는 기술입니다. 물론 기술적으로는 EUV 보다 긴 파장으로 인해서 흔히 말하는 나노 단위의 미세 패턴을 그리는데는 한계가 있어서 한 번에 그릴 수 없는 미세 패턴을 멀티패터닝 등으로 우회해서 최대 5nm 공정까지 구현한 바 있습니다. 잠깐 이미지로 보여드릴게요.
※ 여기서 궁금한 점;
그렇다면 DUV 기술로 EUV와 같은 효과를 낼 수 있느냐하면 이것은 불가능합니다. 삼성전자, 하이닉스, 마이크론, 인텔, TSMC 등은 이미 2~4 나노의 기술을 쓰고 있고 아직까지 DUV로는 7나노 이하의 양산에 성공하지는 못했습니다. 공정이 미세해질수록 멀티패터닝 단계가 급증하면서 비용과 시간에서 문제가 생깁니다.
쉽게 말하면 HBM 등 최첨단 반도체는 불가능 하지만 DRAM, NAND 플래시 등과 칩을 만드는데는 여전히 사용하고 있습니다. 스마트폰 AP나 서버용 CPU, GPU 등에 쓰기에는 무리가 있지만 일반 범용반도체를 생산할 수 있는 기술입니다.
EUV와 DUV의 차이점
DUV와 EUV는 리소그래피의 빛 파장과 공정 능력에서 근본적으로 다릅니다. 핵심 차이를 정리하면 다음과 같습니다.
파장 (Wavelength):
DUV는 193nm(ArF 레이저) 또는 248nm(KrF 레이저)의 자외선 영역으로 비교적 긴 파장을 사용합니다. 반면 EUV는 13.5nm의 극자외선 영역으로, DUV보다 14배 짧은 파장입니다.
해상도 (Resolution):
DUV는 기본적으로 40nm 이상 구조를 만들며, 다중 패터닝(multiple patterning)으로 7nm까지 가능하지만 복잡하고 비용이 높습니다. EUV는 단일 노광(single exposure)으로 7nm 이하(5nm, 3nm) 구조를 구현하며 정밀도가 훨씬 높습니다.
광원 (Light Source):
DUV는 엑시머 레이저(excimer laser)로 생성되며 공기 중에서 작동 가능하고 투과 렌즈를 사용합니다. EUV는 레이저 생성 플라즈마(LPP)로 주석 플라즈마에서 방출되며, 공기가 흡수하므로 진공 환경과 반사 미러가 필요합니다.
생산 효율성:
DUV는 성숙한 기술로 처리량이 높고(2000장/일 이상), 비용 효율적이며 10nm 이상 공정에 적합합니다. EUV는 처리량이 낮고(1500장/일 수준), 장비와 운영 비용이 높으며 첨단 공정(7nm 이하)에 특화되어 있습니다.
용도:
DUV는 메모리 칩(DRAM, NAND), 중저가 로직 칩(28nm~7nm) 제작에 주로 사용됩니다. EUV는 고성능 CPU, GPU, AI 칩 등 첨단 로직과 최신 메모리 공정에 필수적입니다.
두 기술에 대한 비유를 들자면, DUV는 “숙련된 화가의 붓”이라면, EUV는 “초정밀 레이저 조각칼”입니다. DUV는 범용적이지만 한계가 있고, EUV는 정밀하지만 비싸고 까다롭습니다.
그럼 중국이 반도체 굴기를 두고 가장 고통스러워하는 EUV 노광 기술에 대해서 잠깐 알아보겠습니다.
극자외선 EUV 노광장비 역사
EUV 리소그래피는 반도체 공정에서 첨단 칩(7nm 이하)을 만들기 위한 핵심 기술로 긴 시간 반도체의 발달과 역사를 함께 했습니다.
초기 연구 (1980년대~1990년대):
극자외선 EUV 개념은 1980년대부터 논의되는데 미국의 Lawrence Livermore 국립 연구소와 일본의 NTT가 13.5nm 파장의 극자외선을 활용한 리소그래피를 탐구했습니다. 당시에는 광원(플라즈마 생성)과 반사 광학계 기술이 부족해 실용화에는 실패했습니다.
기술 개발 (2000년대):
네덜란드 ASML이 2000년대 초 EUV 상용화를 목표로 본격 뛰어들었고 2001년 EUV LLC(인텔, 모토로라 등과 협력) 설립으로 자금과 기술을 집중했습니다. 레이저 생성 플라즈마(LPP) 광원 개발(고출력 CO2 레이저로 주석 방울을 플라즈마화)과 다층 반사경(Mo/Si 코팅 미러) 설계 등의 혁신을 이루면서 2006년 첫 프로토타입(TWINSCAN NXE:3100)이 나왔지만, 출력(10W)과 안정성이 낮아 양산에는 부족했습니다.
(EUV는 250W이상의 고출력이 필요합니다.)
상용화 초기 (2010년대):
2010년 ASML이 TWINSCAN NXE:3300을 선보이며 광원 출력을 100W로 끌어올렸습니다. TSMC와 삼성이 2015년부터 7nm 공정 테스트에 활용했는데 당시에는 문제점으로는 낮은 처리량(하루 100장 미만), 높은 비용(장비 1대당 1억 5천만 달러 이상), 복잡한 유지보수와 비용 문제 등이 있었습니다.
양산 적용 (2020년대):
2019년 NXE:3400B 출시로 출력 250W, 하루 1500장 처리가 가능해졌고 5nm, 3nm 공정 상용화에 성공하며 TSMC, 삼성, 인텔이 본격 도입했습니다. 2023년 High-NA EUV(0.55 NA) 도입으로 2nm 이하 공정 가능성이 열렸으며, 첫 시스템은 양산에 들어갔습니다.
EUV 현재와 미래:
EUV는 첨단 로직 칩(CPU, GPU)과 메모리(DRAM, NAND)의 핵심 레이어 제작에 필수적입니다. 반도체 업계에는 혁명이라고 할 수 있는 것이 EUV 노광장비로 30년 이상의 연구 끝에 2020년대 들어 상용화에 성공했습니다. ASML은 2026년 연간 매출만 450억 유로(약 65조원 전후) 수준으로 증가하면서 AI 시대에 1등 수혜자로 떠올랐습니다.
EUV가 중국을 괴롭게하는 이유는 2025년 말 시제품을 만들었다고 해서 주식시장이 대란이 일어나긴 했을 만큼 중요한 장비로 흔히 말하는 반도체 초격차를 지키는 핵심이 바로 EUV 노광장비입니다. 하지만 광원, 렌즈 등 근본적인 기술에서 아직 현격한 차이를 보이고 있어서 중국이 사활을 걸고 있는 기술입니다.
ASML의 LPP 방식의 EUV가 불가능하기 때문에 LDP(Laser-Driven-Plasma) 방식과 싱크로트론 기반 대안을 연구 중입니다. 특히 싱크로트론은 엄청난 규모의 땅에 거대한 규모로 장비 하나에 1조가 넘는 비용이 들여가면서 까지 연구하고 있는 기술입니다.
하지만 EUV 기술도 한계가 있는데 1.4nm 전후의 3세대 반도체까지는 생산할 수 있지만 이후 기술에 대해서는 대안이 없는 상황입니다. 만약 중국이 4세대 반도체 기술 연구 개발에 성공한다면 세계 경제의 역사가 뒤바뀔 수도 있는 중요한 장비입니다.
그럼 중국이 생산을 시작했다는 심자외선 DUV 기술에 대해서 알아보겠습니다.
심자외선 DUV 기술의 발전 과정
DUV 노광 기술은 EUV 보다 큰 193nm~248nm 파장의 자외선을 사용합니다. EUV(극자외선, 13.5nm)보다 긴 파장을 사용하기 때문에 멀티패터닝과 액침 노광 기술로 미세 공정을 구현하는데 지금도 최첨단 반도체 HBM이나 칩 등을 제외하고는 DUV 기술을 사용하고 있습니다. 기술 발전 과정을 살펴보겠습니다.
1980년대: 초기 DUV 도입 (KrF, 248nm)
1980년대, 반도체 미세화 요구로 기존 i-line(365nm) 노광의 한계가 드러나면서 더 짧은 파장의 KrF(불화크립톤, 248nm) 레이저 기반 DUV가 도입되었습니다. 0.35μm~0.25μm 공정 구현이 가능해졌고 이때만해도, 초기 DUV 장비는 니콘, 캐논 등 일본 기업이 주도했습니다. DRAM, 마이크로프로세서 제조에서 미세화가 가능해졌고, IoT 기기의 초기 마이크로컨트롤러(MCU) 생산 기반을 제공했습니다.
1990년대 후반~2000년대 초: ArF와 기술 고도화 (193nm)
1992년 삼성이 64m D램을 세계최초로 개발하는데 성공할 당시에 사용했던 것이 바로 KrF 248nm 엣시머 레이저입니다. 1Gb D램을 개발할때까지 사용되었고 1990년대 후반, 0.18μm 이하 공정 수요로 ArF(불화아르곤, 193nm) 레이저가 도입되었습니다.
KrF보다 짧은 파장으로 더 정밀한 패턴을 구현하게 되었는데 이때부터 ASML이 DUV 시장에서 두각을 나타내기 시작했고, 광학 보정 기술(예: 위상 변이 마스크)로 해상도가 향상되었습니다. 130nm~90nm 공정이 구현되었으며, IoT 디바이스(센서, 저전력 칩)와 스마트폰 초기 칩셋 제조에 활용되었습니다.
2000년대 중반: 액침 노광(ArFi) 혁신
45nm 이하 공정에서 193nm 파장의 한계를 극복해야했고 ASML이 렌즈와 웨이퍼 사이에 초순수(DIW)를 채워 굴절률을 높이는 액침 노광(ArFi)을 개발했습니다. 이때부터 45nm~28nm 공정이 가능해졌고, 칼 자이스와 협력한 고정밀 렌즈 기술(렌즈 100여 개, 2톤 무게)이 도입되었습니다. 스마트폰, IoT 기기(와이파이 모듈, 블루투스 칩) 제조가 가능해졌고 효율성이 증가하면서 DUV 장비가 전 세계를 휩쓸었습니다.
2010년대: 멀티패터닝과 DUV의 최적화
10nm 이하 공정에서 DUV 단독으로는 한계가 있었고 멀티패터닝(여러 번 노광하는 기술)으로 7nm 공정까지 발전했습니다. ASML의 트윈스캔 NXT 시리즈는 생산성이 일일 웨이퍼 5000장 수준으로 향상되었고, 팰리클 변형 보정 알고리즘, 웨이퍼 새깅 방지 기술(벌 간격 1.5mm)이 적용되었습니다.
지금도 사용되는 대부분의 D램 기술이 이때 완성되었고 IoT 디바이스(5G 모듈, 스마트홈 칩), 자동차 전자장치(ADAS 칩) 제조에 필수적으로 자리 잡았으며, 이후에는 EUV와 혼용으로 비용 절감 효과를 거두었습니다.
2020년대: EUV와의 공존 및 지속 발전
EUV가 7nm 이하 선단 공정에 도입되었지만, DUV는 여전히 비메모리 반도체와 레거시 공정(28nm 이상)에서 핵심 역할을 하고 있습니다. IoT 중심의 저전력 칩, 전기차(EV)용 반도체, 스마트 시티 센서 제조에서 DUV 수요가 지속되고 있으며, ASML의 DUV R&D 투자(오버레이 개선, 신뢰성 향상)도 확대되고 있습니다.
ASML의 DUV 장비는 EUV와 크로스 플랫폼 호환성을 강화하면서 2020년 기준, DUV는 ASML 매출의 약 50%를 차지했습니다. 중국의 28nm DUV 장비 국산화 시도(SMEE)도 있었으나 그 동안은 해상도 65nm, 40nm 이하 공정의 어려움 으로 계속 실패했던 기술입니다.
중국 이머전 심자외선 DUV 노광장비 생산이 충격인 이유
미국의 EUV 수출 통제로 인해서 심자외선 EUV 장비를 이용해서 3세대 DDR5를 생산하고 있는 중입니다. 차세대인 4새대 공정 기술까지 확보했다고 하지만 삼전, 하이닉스 등이 갖고 있는 6세대와는 아직 엄청난 기술 격차가 있습니다.
그동안 알려지기로는 중국 DUV 장비 기술은 ASML 등 글로벌 선도 업체와 비교해 최소 3년 이상 차이가 있다고 알려져 있었는데 2026년 드디어 생산에 성공했습니다. 물론 생산을 했다고 해도 핵심 부품은 일본산을 상당 부분 사용 중이고 노광장비라는 것이 실제로 현장에서 생산 최적화 과정을 거치기까지는 1~2년의 시간이 더 필요합니다.
기계가 있다고 해서 바로 사용이 불가능한 만큼 생산 수율과 제조 비용을 맞추기 위해서는 아직도 넘어야 산들이 많습니다. 하지만 중국이 DUV 노광장비를 자체 생산할 수 있다는 것만으로도 이제 중국 반도체의 궐기와 함께 치킨 게임은 시간 문제라는 사실을 일깨워 준 사건입니다.
2026년 5대 내년에는 20대 밖에 생산을 못하지만 그 시기가 생각보다 훨씬 더 빠르게 왔다는 사실입니다. 무엇보다 이제 중국 반도체는 통제의 범위를 벗어났다는 것이 전 세계 주식시장에 충격을 주었습니다.
