[편집자] 미국의 대중국 기술 제재 이후 중국의 반도체 굴기가 한층 맹렬하게 진행되고 있다. 의욕 만큼이나 실패도 연속되고 있지만 중국은 시행착오를 통해 한발짝 씩 기술 축적의 수준을 높여가고 있다. 중국이 반도체 전용 펀드를 앞세워 반도체 육성에 나선 것은 2014년이지만 미중 무역 마찰을 겪으면서 반도체 약진세가 한층 빠르게 추진되고 있다는 분석이다. 중국 기술 봉쇄를 위해 미국이 반도체 법안을 제정하는가 하면 '칩포 동맹'도 추진중이다. 미국의 제재 속에 2보 전진 1보 후퇴의 공방이 계속되는 가운데 국내외 전문가들은 대륙의 실수 '샤오미' 처럼 중국 반도체 분야에서도 어느 순간 '대륙의 실수'가 터져 나올지 모른다고 입을 모은다. 중국 4차산업 혁명 기반 디지털 신기술에 정통한 고영화 연구원의 중국 반도체 이야기를 시리즈로 연재한다. 글 싣는 순서는 시시각각 변하는 중국 반도체 이슈에 따라 최신 내용으로 다소 조정될 수 있다.

[고영화의 중국 반도체] 글싣는 순서

1. 중국 반도체 굴기, 한국 따라잡나
2. 중국 반도체 설계 기술 현주소
3. 中 파운드리 점유율 확대와 한계
4. 후공정 세계 2위 中 2.5D/3D 패키징 육성 전력
5. 中 노광기 국산화, 반도체 굴기 '사활'
6. 무서운 잠재력 중국 반도체 소재
7. 이미지 센서 반도체 세계 3위
8. 세계를 리드하는 중국 AI반도체
9. 반도체 굴기 지탱하는 자동차 반도체 위용
10. 중국 휴대폰 반도체 놀라운 시장 규모
11. 다양한 응용 中 MCU 반도체 시장
12. 3세대 반도체 세계 1등의 꿈
13. 반도체 협력 한중 상생 방안

미중 반도체 기술 경쟁이 이어지는 가운데 가장 많이 언급되는 용어 중에 하나가 '노광기'(stepper)이고, 미국이 EUV 노광기의 대중국 수출을 제한하는 것이 중국 반도체 제재의 핵심이라고 할수 있다.

반도체 생산 공정에서 가장 복잡하고 중요한 공정이 노광(Litho) 공정이기 때문이다. 반도체의 미세한 회로패턴을 웨이퍼 위에 그려넣는 노광공정은 웨이퍼 가공 시간의 약 40~60%를 차지하고, 반도체 제조 비용의 1/3 이상을 차지한다. 그래서 노광기의 성능이 반도체 제조의 기술수준과 생산성에 가장 크게 영향을 미친다.

노광기가 없으면 반도체를 만들 수 없다. 과연 중국은 반도체 굴기의 '사활'이 걸린 노광기 국산화에 성공할 수 있을까?

◆ 미국의 대 중국 반도체 제재의 핵심 '노광기'

휴대폰, 노트북 PC, 컴퓨터, TV, 셋톱박스(STB) 등 전세계 IT 제품의 50% 이상을 생산하는 '세계의 공장' 역할을 장기간 도맡아온 중국은 수많은 응용수요가 있기 때문에, 제조공장 없이 우수한 인력 몇 명만 있으면 창업할 수 있는 반도체 팹리스(Fabless) 설계회사들이 크게 발전했다.

한편 최소 10조원이 들어가는 반도체 제조공장은 민간자본이 추진하기에는 자금력에 한계가 있어 대분분의 중국 반도체 설계회사들은 대만에 파운드리 외주를 통해 반도체를 제조해왔다.

이를테면 화웨이가 5G 휴대폰 AP '기린990'을 개발하는데 3억 달러를 투자했다고 하는데, 7nm(나노미터)로 설계된 이 반도체를 제조하는 공장은 100억 달러가 넘는 투자가 필요하다. 그래서 화웨이는 대만 TSMC에 외주 파운드리를 맡겼던 것이다.

2013년 이후 '반도체 굴기'의 필요성을 뒤늦게 인식한 중국정부가 '국가 반도체펀드'를 결성하고, 많은 반도체 제조공장 설립에 집중적으로 투자한 결과, 중국은 2016년에 이미 14nm 공장을 설립 함으로서, 미국, 한국, 일본 등 반도체 선진국들과의 기술격차를 2~3년으로 좁혔다.

공교롭게도 이런 상황에서 미국 트럼프 정부는 2019년에 7 nm 이하 미세공정 반도체 장비의 중국 수출을 제한하기 시작했고, 바이든 정부는 정권초기에 10nm 이하를 제한하더니, 올해 7월말부터는 14nm 이하를 제한하는 등 미국은 중국에 대한 반도체 장비 수출을 더욱 더 옥죄고 있다.

특히 반도체 공정 가운데 핵심 분야인 노광장비 중에 10nm 이하 최첨단 노광기 세계시장 100%를 독점하는 ASML도 EUV광원과 제어SW기술은 미국에 의존, 미국의 통제하에 놓여있는 구조다.

또한 3nm 혹은 2nm 이하의 반도체 기술은 반도체 재료의 물리적 특성상 더 이상의 발전이 불가능하다는 사실이 알려지면서, 미국은 후발주자의 추격을 더욱 우려하는 상황이다.

미국은 한국, 일본, 대만 등과 칩포(Chip 4) 동맹을 결성해 견고한 반도체 공급망을 구축하자고 제안한 상태고, 동맹의 구체적인 방안이 나오지 않았는데도 중국은 미리부터 이에 크게 반발하고 있다.

[베이징=뉴스핌] 최헌규 특파원 = 세계 최초 EUV 노광기 ASML TWINSCAN NXE:3400B 내부구조 (출처: ASML 홈페이지, 2022.8). 2022.08.22 chk@newspim.com

◆ 7-5nm EUV 노광기 세계 시장점유율 100%의 ASML

노광기는 독점 구도가 매우 심각하다. 세계 노광장비는 네덜란드 ASML, 일본 캐논(Canon)과 니콘(Nikon)이 93%를 독점하고 있다. 더욱이 7nm 이하 반도체 제조에 쓰이는 EUV 노광기는 너무 많은 개발비가 들어가기 때문에 초기 개발단계에서 캐논과 니콘이 포기를 선언했고, 유일하게 남은 ASML이 세계 시장 100%를 독점하고 있다.

ASML은 2012년 EUV노광기 개발자금 부족을 해결하기 위해, 지분 23%와 EUV 장비 '우선공급'이라는 조건을 걸고, 인텔, TSMC, 삼성전자에 지분 투자 및 연구개발(R&D) 자금을 요청한다. 협상 끝에 인텔은 지분15%(25억유로), TSMC는 지분 5%(8억3800만유로), 삼성전자는 지분 3%(5억300만유로)를 인수했다.

이와함께 추가 R&D 자금으로 인텔이 8억2900만유로, TSMC와 삼성전자가 각각 2억7600만유로를 출자했다. ASML는 총 13억 8100만유로(약 2조원)의 자금 조달에 성공하고, 마침내 2013년 세계 유일의 7~5nm 공정용 EUV 노광기 TWINSCAN NXE:3400B를 개발 완성하게 된다.

[베이징=뉴스핌] 최헌규 특파원 = 2019년 세계 노광기 시장점유율 (출처: 팡정증권(方正证券)， 2020.6). 2022.08.22 chk@newspim.com

<中 편에 계속>

<필자 약력>

베이징대학 한반도연구소 연구원
중국 한국창업원 원장
SV인베스트먼트 고문
전 산업은행 베이징지점 고문
서울대 조선해양공학 학사/석사

베이징= 최헌규 특파원 chk@newspim.com