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[편집자주] 반도체 패권의 핵심 열쇠로 꼽히는 노광장비를 둘러싼 글로벌 경쟁이 격화되고 있다. 미국의 수출 규제와 기술 봉쇄에 맞서 중국은 DUV(심자외선)를 시작으로 EUV(극자외선) 노광장비까지 독자 생태계 구축에 속도를 내고 있다. 본 기획은 '중국판 ASML 프로젝트'를 주제로 중국의 노광장비 자립 전략과 기술 경쟁력을 세 차례에 걸쳐 분석한다. 1편에서는 중국산 DUV 노광장비의 양산 단계 진입이 말해주는 기술력 현주소와 글로벌 반도체 공급망 재편 가능성을 살펴본다. 2편에서는 광원·광학계·핵심 부품 기업을 중심으로 중국이 구축 중인 노광 생태계를 해부한다. 3편에서는 중국 반도체 굴기의 최종 목표인 EUV 노광장비 개발 현황과 주요 참여 기업 그리고 상용화를 좌우할 핵심 변수인 '빛(광원)' 기술 경쟁력을 집중 분석한다.

[서울=뉴스핌] 배상희 기자 = 중국 반도체 산업이 또 하나의 전략적 변곡점을 맞았다. 수십 년간 해외 기술에 의존해온 '반도체의 심장' 노광장비 분야에서 중국이 자체 생태계 구축의 첫 산업화 단계에 진입했다는 신호가 나온 것이다.

중국이 독자 개발한 이머전(Immersion·침지식) DUV(심자외선) 노광장비 양산 착수는 단순한 장비 생산을 넘어선다. 미국과 네덜란드의 기술 통제 속에서도 광원·광학·정밀제어·소재 등 노광장비 핵심 공급망을 내재화하며 '중국판 ASML 프로젝트'를 현실화하는 과정으로 평가된다.

물론 중국산 DUV가 당장 ASML의 기술 우위를 위협하는 수준은 아니다. 성능, 수율, 안정성, 서비스 생태계 등 실제 양산 경쟁력에서는 여전히 격차가 존재한다.

그럼에도 이번 성과가 중요한 이유는 중국이 노광장비 분야에서 연구개발을 넘어 산업화 단계로 이동하고 있음을 보여주기 때문이다. 이는 장기적으로 반도체 공급망의 재편으로도 이어질 수 있다는 점에서 위협적으로 받아들여지고 있다.

◆ 중국, '아이성나' 앞세워 DUV 양산 개시

미국 IT 전문매체 디인포메이션(The Information)은 7월 28일 중국 상하이 소재의 한 국유기업이 이머전(Immersion∙침지식) DUV(심자외선) 노광장비 생산을 시작했으며 올해 약 5대, 2027년에는 약 20대를 생산할 계획이라고 보도했다.

아울러 해당 장비는 중국 웨이퍼 파운드리(위탁생산)를 대표하는 SMIC(中芯國際∙중신궈지 688981.SH/0981.HK)와 화훙반도체(華虹半導體 688347.SH/1347.HK) 그리고 최근 커촹반 상장과 함께 전세계 메모리 반도체 업계에 각인된 중국 최대 D램(DRAM) 제조사 창신메모리테크놀로지(長鑫科技·CXMT 688825.SH)에게 공급될 것이라 전했다.

하지만 해당 노광장비 개발업체에 대한 실명이 거론되지 않아 시장은 그 주인공에 집중했고, 국유자본이 지배하는 반도체 장비 첨단기술 기업 상하이위량성과기유한공사(上海宇量昇科技有限公司∙UEA)가 유력 후보로 거론됐다.

하지만, 같은 날 저녁 로이터 통신 보도에 따르면 해당 기업은 시장에 잘 알려지지 않은 아이성나전자과기그룹(愛晟納電子科技集團 이하 아이성나)인 것으로 전해졌다.

중국 당국이 국유자본으로 2023년 8월 설립한 아이성나는 상하이전기홀딩스(上海電氣控股)과 상하이국제신탁(上海國際信託) 계열사가 출자한 국유기업으로 상하이위량성과기유한공사(上海宇量昇科技有限公司∙UEA 이하 위량성)와 상하이마이크로일렉트로닉스장비(上海微電子裝備集團股份有限公司∙SMEE) 출신 연구진을 영입해 이머전(Immersion∙침지식) DUV 노광장비 양산을 추진하고 있다.

결론적으로 아이성나는 단순한 노광장비 제조기업이라기 보다 중국 정부와 국유자본, 장비 개발사, 연구기관, 대학, 반도체 기업을 하나로 묶는 국가 프로젝트의 운영 플랫폼에 가깝다.

중국이 수년간 구축해 온 노광장비 생태계의 컨트롤타워 또는 허브 역할을 맡게 될 예정이다.

◆ 중국 노광 기술, 어느 단계까지 왔나

노광장비는 웨이퍼 위에 회로를 새기는 반도체 제조 공정의 핵심 장비다.

현재 반도체 미세공정에서 사용되는 노광장비 기술은 크게 DUV(심자외선)와 EUV(극자외선)로 나뉜다. 같은 노광기라도 DUV와 EUV는 적용 분야와 기술 수준이 크게 다르다.

DUV는 193nm(ArF)·248nm(KrF) 엑시머 레이저를 활용하는 노광기술로, 현재 성숙공정부터 일부 첨단공정까지 가장 널리 사용되는 핵심 장비다.

이번에 중국이 양산에 착수한 장비는 ArF 이머전 DUV(4세대 ArF+액침)다. 일반 DUV 보다 한층 진화된 형태로 투영 렌즈와 실리콘 웨이퍼 사이에 물층을 형성해 기존 건식(Dry) DUV 방식보다 더욱 미세한 회로 패턴을 구현하는 기술이다.

이보다 한 세대 더 앞선 EUV는 13.5nm의 극자외선을 활용해 DUV보다 미세한 회로를 구현하는 5세대 노광 기술이다.

DUV와 EUV의 차이는 생산성과 비용에 직결된다.

ArF 이머전 DUV로 20nm 이하 미세 공정을 구현하려면 동일한 회로를 여러 번 노광하는 멀티패터닝(Multi Patterning)이 필요하다. 이 기술을 적용하면 14nm·10nm·7nm급 첨단 공정용 반도체 제조에도 사용할 수 있지만, 공정 수가 늘어나면서 제조시간과 비용이 증가하고 수율 관리도 어려워진다.

반면 EUV는 DUV 기반 공정보다 멀티패터닝 의존도를 크게 줄여 공정 단순화와 총 제조비용 개선을 가능하게 한다. AI 가속기(GPU), HPC(고성능 컴퓨팅), 최첨단 모바일 AP 등 5nm·3nm급 첨단 로직 공정에서 사실상 필수 장비로 평가받는 이유다.

즉, DUV는 반도체 산업의 '현재'를 담당하는 장비라면, EUV는 첨단 반도체 경쟁력을 결정하는 '미래'의 핵심 장비라고 할 수 있다.

◆ 왜 중국이 위협적인가, '공급망 재편의 변수'

중국의 DUV 양산 소식이 전해지자 전 세계 시장에 불러온 파급력은 엄청났다. 글로벌 노광장비 업계 점유율 1위인 ASML의 주가는 장중 한때 8% 급락했고, 한국증시에서도 반도체주가 조정을 받았다. 

중국이 그 동안 ASML이 독점해온 이머전 DUV 시장에서 자체 공급망을 구축할 경우, 글로벌 노광장비 시장의 지배 구조와 향후 반도체 장비 공급망이 재편될 수 있다는 우려가 투자심리를 위축시켰기 때문이다.

투자자들이 제기하는 "중국 DUV 양산이 ASML을 위협할 수 있을까"라는 질문에 대해 단기적으로는 제한적이라는 의견이 우세하다.

JP모건을 포함한 여러 애널리스트 또한 프로토타입 수준의 장비 생산과 실제 대량 양산에 적합한 수준의 장비 개발은 구분해서 봐야 한다는 평가를 내린다. 장비 성능과 수율, 장기간 안정성, 유지보수 체계는 실제 생산라인에서 충분한 검증이 필요하다는 의견이다.

특히 노광장비는 단순히 회로를 새기는 장비가 아니라 수천 장의 웨이퍼를 장기간 동일한 품질로 처리할 수 있어야 한다. 현재 단계에서 중국이 양산 예정인 이머전 DUV 노광 장비의 경우 여전히 검증 단계에 있어, ASML의 글로벌 시장 점유율을 단기간 위협할 가능성은 높지 않다는 분석이 나온다.

그럼에도 글로벌 공급망이 긴장하는 이유는 이번 성과가 당장 ASML의 기술 우위를 흔들 수준은 아니지만, 중국이 수십 년간 해외 기업에 의존해온 노광장비 공급망을 자체적으로 구축하는 출발점이 될 가능성을 보여줬기 때문이다.

중국의 DUV 양산을 단순히 '노광기 한 대'의 문제가 아니라 '공급망 재편의 시작'으로 평가하고 있는 것이다.

​중국의 DUV 양산은 단순한 장비 국산화를 넘어 광원·광학·정밀부품·소재 등 반도체 장비 생태계 전반의 자립을 촉진할 가능성이 있다. 특히 거대한 내수 시장을 기반으로 초기 수요를 확보할 수 있다는 점에서 글로벌 공급망 재편의 변수로 평가된다.

중국 최대 파운드리 SMIC(中芯國際∙중신궈지 688981.SH/0981.HK)는 상하이위량성과기유한공사(上海宇量昇科技有限公司∙UEA 이하 위량성)이 개발한 ArF 이머전 DUV 노광장비를 통해 28nm 공정 생산 능력을 유지하고, 멀티패터닝 기술을 활용할 경우 7nm급 반도체 생산도 시도할 수 있게 됐다.

중국 최대 D램 제조사인 CXMT는 생산 역량 강화에 이 장비를 활용할 계획이다. CXMT의 생산능력이 확대될 경우 범용 D램 시장에 공급과잉 및 가격하락 압력이 확대될 수 있고, 이는 한국 메모리 업체에도 중장기적인 충격이 될 수 있다.

결국 이번 DUV 양산의 의미는 ASML을 당장 대체하는 데 있는 것이 아니라, 노광장비 국산화가 연구개발 단계를 넘어 산업화 단계로 진입했다는 점에서 의미가 있다. 중국이 장비 개발부터 부품, 생산, 검증까지 연결되는 독자적인 생태계를 구축하기 시작했다는 시그널로 받아들여지고 있는 것이다.

다만, 현 시점에서 중국은 DUV에서는 의미 있는 진전을 이뤘지만, 첨단 반도체 경쟁력을 좌우하는 EUV에서는 여전히 넘어야 할 기술 장벽이 높다.

향후 글로벌 반도체 시장의 핵심 변수는 중국이 DUV의 수율과 신뢰성을 얼마나 빠르게 끌어올리는지, 그리고 EUV 핵심 기술인 광원·반사광학계·초정밀 제어 기술에서 얼마나 실질적인 돌파구를 마련하느냐에 달려 있다.

중국 노광장비 산업의 진정한 경쟁력은 DUV 양산 자체보다 EUV로 이어지는 기술 축적 과정에서 판가름 날 가능성이 크다는 평가가 나온다. 

pxx17@newspim.com