ASML의 LPP와 화웨이 LDP EUV 기술 비교 분석 - by perplexity 20250313

중국의 반도체 굴기 정책은 10년만에 미국-유럽-대만-일본-한국이 가진 반도체 밸류체인을 상당부분 따라잡거나 뛰어넘는 성과를 보였다. 화웨이의 euv개발 뉴스가 사실이라면 tsmc의 첨단 반도체 공정 독점도 끝난 것이다.

perplexity에 질문을 해서 얻은 답을 보면 아직 완성된 형태는 아닐 수도 있고, 특허, 양산성, 수율 등에서 시간이 필요할 수 있다. 그러나 고비용을 감수하고 제한적으로 쓴다면 26년 양산 목표는 불가능한 것이 아니고 반도체 산업에서 한국의 입지는 조금 더 줄어들 수 있다.

euv기술을 비교해 줘. ASML의 LPP(Laser-Produced Plasma) 방식과 화웨이가 개발에 성공했다는 LDP(Laser-induced Discharge Plasma) 방식을 광원 생성, 광학시스템, 관련된 특허, 협력한 기업과 대학의 기여 내용, 과제와 한계 순으로.

ASML의 LPP와 화웨이 LDP EUV 기술 비교 분석

최근 화웨이가 자체 개발한 LDP(Laser-induced Discharge Plasma) 기술을 기반으로 한 EUV 리소그래피 장비 시범 생산 계획이 발표되며, ASML의 LPP(Laser-Produced Plasma) 기술과의 기술적 차별성이 주목받고 있습니다. 본 보고서는 양사의 광원 생성 메커니즘, 광학 시스템 설계, 특허 전략, 협력 생태계, 현존하는 기술적 한계를 종합적으로 비교합니다.

LPP 기술은 20kW 이상의 고출력 CO₂ 레이저를 초당 5만 회 주입하여 40μm 직경의 주석(Sn) 액적을 타격합니다18. 이 과정에서 **pre-pulse 레이저(파장 1μm)**가 주석 액적을 납작하게 변형시킨 후, **main-pulse 레이저(파장 10.6μm)**가 초음속으로 가속된 액적을 폭격하여 20~30eV 에너지 준위의 플라즈마를 생성합니다512. 생성된 플라즈마는 13.5nm 파장의 EUV 광을 방출하며, 이때 광변환 효율은 약 5%에 달합니다9.

LDP 기술은 2023년 하얼빈공대 조용펭 교수팀이 개발한 신개념 광원으로, 1,064nm 파장의 Nd:YAG 레이저로 주석 증기를 1,500K까지 가열한 후 25kV 고전압을 인가하여 방전 플라즈마를 유도합니다21. 전극 간 0.5mm 간격에서 발생하는 방전으로 생성된 플라즈마의 전자 밀도는 10¹⁹/cm³ 수준이며, 광변환 효율은 LPP 대비 40% 향상된 7%를 기록했습니다711. 이 방식은 레이저 에너지 소모를 15kW 이하로 절감하며 장비 크기를 ASML 대비 75% 축소(180㎡ → 40㎡) 가능하다는 장점이 있습니다36.

ASML의 광학 모듈은 자이스(ZEISS)가 제공하는 12장의 초정밀 곡면 미러로 구성됩니다. 각 미러 표면 거칠기는 0.1nm RMS 이하로, 0.55 NA(Numerical Aperture)에서 8nm 해상도를 구현합니다912. 1,000W EUV 광원 입력 시 웨이퍼 도달 에너지는 20mW/cm² 수준으로, 이를 극복하기 위해 초진공 환경(10⁻⁶ Pa)에서 초당 150장의 웨이퍼 처리 속도를 유지합니다812.

중국산 EUV는 상하이광학기계연구소(Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics)가 개발한 Mo/Si 다층박막 코팅 평면 미러를 채택했습니다21. 0.33 NA에서 13nm 해상도를 달성했으나, 미러 수명은 3만 시간으로 자이스 제품(10만 시간)의 30% 수준에 그칩니다311. 광학 시스템 간소화를 위해 방전 플라즈마의 공간적 안정성(±5μm 변동)을 FPGA 기반 실시간 제어로 보정하는 방식이 적용되었습니다7.

ASML은 1991년부터 EUV 관련 4,500건 이상의 특허를 출원했으며, 핵심 특허 KR101357231B1(2010)은 주석 액적 가속 및 레이저 조사 타이밍 제어 기술을 보호합니다59. 2024년 기준 유효 특허 1,200여 건 중 78%가 광원 안정화 및 광학계 설계 관련 기술입니다9.

화웨이는 2022-2024년 동안 LDP 관련 28건의 특허를 긴급 출원했으며, 대표적으로 **"방전 플라즈마 안정화를 위한 전극 냉각 시스템"(CN114724154A)**과 **"다중 레이저 동기화 장치"(CN115113287A)**가 있습니다47. 특히 2024년 4월 출원된 SAQP(Self-Aligned Quadruple Patterning) 특허는 DUV 장비로 5nm 공정 구현을 가능케 하는 핵심 기술입니다4.

ASML은 TRUMPF(레이저 모듈), 자이스(광학계), 베를린공대(플라즈마 물리 연구)와 30년 이상의 협력 관계를 유지합니다89. 2025년 3월 기준 450개 이상의 글로벌 협력사가 참여하며, 최신 High-NA EUV 장비 개발에는 15개국 120개 기관이 참여했습니다19.

화웨이 동관 R&D 센터는 하얼빈공대(광원 개발), 칭화대(제어 알고리즘), 상하이광기계연구소(미러 코팅)와 협력하여 2023년 'EUV 기술 컨소시엄'을 구성했습니다2. SMIC는 실험실 규모 생산라인(2025년 3월 기준 월 500장 처리)을 구축하며 2026년 양산을 목표로 합니다611.

• : EUV 1W 생산에 20kW 전력 소모12

• : 1대당 연간 유지비 800만 달러1

• : 0.1nm 미러 오차 시 수율 30% 감소9

• : 출력 변동폭 ±5%(ASML ±2%)37

• : EUV 전용 칼라돈 레진 국산화율 12%11

• : 현재 시간당 10장 처리(ASML 150장/시간)611

• : LPP 기반 450개 특허 우회 가능성 검토 필요49

화웨이의 LDP 기술은 에너지 효율성(23% → 35%)과 설비 간소화 측면에서 혁신적 잠재력을 보이지만37, 광원 안정성 및 광학 부품 수명 문제는 여전히 해결 과제입니다. ASML CEO 크리스토프 푸케의 전망대로 중국이 완전한 EUV 자급까지 10~15년이 소요될 것으로 예상되나1, 2026년 예정된 LDP 양산 성공 시 DUV 한계(7nm)를 5nm로 돌파하며 부분적 기술 독립 가능성이 열릴 전망입니다611. 이는 반도체 장비 시장에서 70% 점유율을 가진 ASML에 장기적 도전이 될 것이며, 글로벌 공급망 재편 움직임을 가속화할 것으로 전망됩니다19.