중국이 먼저 노리는 곳은 ‘노광’보다 ‘측정’이다

첨단 반도체 제조가 더 작은 결함과 복잡한 3차원 구조를 다루면서 검사와 계측의 난도도 함께 높아지고 있다. EUV 노광은 13.5nm 파장을 사용하지만, 기존 심자외선(DUV) 계측 시스템에서 흔히 쓰인 파장은 193nm와 248nm였다. 선폭과 마스크 결함, 트랜지스터의 입체 구조가 계속 축소되면서 장비에는 더 높은 공간 분해능과 빠른 측정 속도, 웨이퍼를 손상시키지 않는 비접촉 특성이 동시에 요구된다.5532

현재 중국에서 모습을 드러내는 것은 이미 양산 검증을 마친 국산 EUV 노광기가 아니라, EUV 계측을 중심으로 확장되는 기술 생태계다. 광원뿐 아니라 반사경, 진공 시스템, 검출기, 정밀 스테이지, 알고리즘과 공정 제어 소프트웨어가 각각 진입점이 될 수 있다.

결국 산업화 여부를 가르는 기준은 13.5nm 빛을 만들 수 있느냐가 아니다. 여러 부품을 하나의 시스템으로 묶어 장시간 운전하고, 정기적으로 교정하며, 측정 결과를 실제 웨이퍼 공정 데이터와 연결할 수 있느냐가 핵심이다.

GAA 트랜지스터가 더 정교한 EUV 검사를 요구하는 이유

핀펫(FinFET)에서 게이트 올 어라운드(GAA) 트랜지스터로 넘어가면서 채널과 게이트, 계면은 더욱 뚜렷한 3차원 구조가 됐다. 일부 핵심 구조는 덮개층이나 서로 다른 재료의 계면 아래에 놓여 있다. 표면만 관찰하는 기존 방식으로는 선폭, 측벽 형상, 층간 오프셋, 매립 결함을 완전히 판단하기 어려워진다. 공개 자료는 GAA 구조가 고해상도·비접촉 검사의 수요를 키우는 중요한 요인이라고 설명한다.8

13.5nm EUV의 의미는 단순히 “파장이 짧다”는 데 그치지 않는다. 산란 측정에서는 결함의 크기와 조명 파장이 신호 세기에 큰 영향을 준다. 파장을 줄이면 나노미터급 결함에 대한 감도가 높아질 수 있지만, 실제 성능은 광원 출력, 광학계, 검출기 잡음, 시료 재료와 복원 알고리즘에도 좌우된다.18

EUV 계측은 산란 측정, 결맞음 회절 이미징(CDI), 반사형 이미징 등을 활용해 회절 신호에서 구조 파라미터를 역산한다. 즉, 탐침으로 웨이퍼를 직접 접촉하지 않고도 구조를 추정할 수 있다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 탁상형 HHG 광원으로 50nm 미만 선·공간 구조를 대상으로 EUV 회절 측정을 수행했다. 또 다른 연구에서는 EUV 산란 측정이 2차원 배선 구조의 면외 특성에 대해 단일 나노미터 수준의 민감도를 보였다.3334

EUV 마스크에는 ‘같은 파장’ 검사가 필요한 이유

EUV 마스크는 빛이 통과하는 단순한 투명판이 아니다. 여러 층의 반사막으로 구성된 복잡한 구조이기 때문에, 특정 위상 결함이 다른 파장에서는 잘 드러나지 않거나 실제 웨이퍼 전사 가능성을 정확히 보여주지 못할 수 있다.

이 때문에 ‘액티닉 검사(actinic inspection)’는 노광과 동일한 13.5nm 파장을 사용해 결함이 실제로 인쇄 가능한지를 직접 평가하는 방식으로 이해된다. 관련 연구는 13.5nm 검사가 EUV 다층 마스크의 핵심 위상 결함을 식별하는 데 특히 중요하다고 지적한다.48

HHG가 주목받는 배경도 여기에 있다. HHG는 공간적·시간적 결맞음이 높은 EUV를 만들 수 있어 결맞음 산란 현미경, 회절 측정, 렌즈리스 이미징에 적합하다. 삼성은 독립형 HHG 광원을 탑재한 EUV 마스크 결함 재검사 시스템을 공개적으로 소개한 바 있다. 이는 HHG가 적어도 전용 마스크 재검사와 연구 장비의 기술 논의 단계에는 진입했다는 의미다.42

EUV 광원 네 가지 경로의 장단점

LPP: 가장 강력한 출력, 가장 높은 엔지니어링 난도

레이저 생성 플라즈마(LPP)는 고출력 레이저로 주석 액적을 때려 13.5nm EUV를 발생시키는 방식이다. ASML의 EUV 시스템도 이 기본 경로를 사용하며, 회사 제품 자료에 따르면 13.5nm 광원은 상용 EUV 노광 시스템에 적용돼 있다.55

LPP의 가장 큰 강점은 노광과 고처리량 검사에 필요한 출력 수준에 가까워질 수 있다는 점이다. 반면 고출력 구동 레이저, 주석 액적 제어, 파편 억제, 집광 거울 오염, 열 관리와 유지보수라는 복잡한 과제를 안고 있다. 검사 장비에서는 높은 처리량을 제공할 여지가 있지만, 개발 기업에는 자본과 서비스 부담이 큰 경로이기도 하다.

DPP: 더 작은 장비를 겨냥하는 후보

방전 생성 플라즈마(DPP)는 방전을 통해 EUV 플라즈마를 만든다. 대형 가속기 시설보다 상대적으로 소형화할 가능성이 있고, 일부 계측 분야가 요구하는 출력 수준에 적합할 수 있다. 중국 관련 보도에서도 DPP는 국내 연구가 진행되는 경로 가운데 하나로 소개됐다.1726

다만 전극 마모, 파편, 플라즈마 안정성, 광원 수명과 장기 유지보수 문제를 해결해야 한다. 13.5nm 빛을 만들 수 있다는 사실만으로 생산 라인 적합성이 보장되는 것은 아니다. 팹이 요구하는 연속 운전 시간과 유지보수 주기를 만족할 수 있는지가 더 중요하다.

FEL·싱크로트론: 고급 연구에는 강하지만 팹 배치에는 불리

자유전자레이저(FEL)와 싱크로트론 광원은 높은 밝기와 결맞음, 파장 조절 능력을 제공한다. 기준 측정, 재료 연구, 마스크 분석, 공정 개발에는 유용하지만 대형 가속기 시설에 의존하는 경우가 많다. 크기와 비용, 운전 조건 때문에 일반적인 웨이퍼 팹의 생산 라인에 직접 설치하기는 어렵다.

따라서 가속기 광원은 당장 소형 생산 장비를 대체하기보다 다른 계측 시스템에 고품질 비교 데이터를 제공하는 ‘표준·연구 플랫폼’ 역할을 먼저 맡을 가능성이 크다.

SSMB: 높은 평균출력을 겨냥한 장기 경로

칭화대가 주도하는 정상상태 미세번칭(SSMB)은 저장 링 안의 전자빔을 레이저로 변조하고, 삽입장치에서 미세 번치를 형성해 전자빔이 순환하는 동안 그 구조를 유지하는 방식이다. 칭화대가 공개한 원리 검증에서는 SSMB의 기본 메커니즘이 실험적으로 시연됐다. 이후 설계안은 13.5nm, 높은 평균출력, 좁은 대역폭의 EUV 방사를 목표로 제시했다.124

SSMB의 매력은 저장 링의 높은 반복률과 결맞음 방사의 높은 밝기를 결합하려는 데 있다. 관련 설계 자료는 장비 한 대당 1kW를 넘는 목표를 제시하지만, 이는 설계·공학 연구 지표다. 이미 제작돼 웨이퍼 팹 인증을 마친 양산 광원과 동일하게 볼 수는 없다.310

전자빔 안정성, 레이저 변조, 저장 링 제어, 빔 품질, 시설 규모와 시스템 비용은 여전히 주요 과제다. SSMB는 고출력 EUV 공급 방식을 바꿀 수 있는 장기 후보에 가깝고, 당장 상용화하기 쉬운 탁상형 계측 광원은 아니다.

HHG가 차세대 EUV 계측의 핵심 후보로 떠오른 이유

고차 조화파 발생(HHG)은 펨토초 레이저를 기체와 같은 매질에 집속해 EUV에서 연질 X선 영역의 고차 조화파를 만드는 기술이다. 주석 플라즈마 광원과 비교하면 다음과 같은 특징이 있다.

• 탁상형 구현 가능성: 대형 싱크로트론 시설 없이 실험실이나 전용 측정 장비에 넣을 여지가 있다.
• 높은 결맞음: 결맞음 회절 이미징, 산란 측정, 위상 복원 이미징(ptychography), 마스크 재검사에 유리하다.
• 파장 유연성: 재료와 구조, 측정 모델에 맞춰 서로 다른 파장대를 선택할 수 있다.
• 낮은 파편 오염 위험: 주석 액적 플라즈마에 의존하지 않아 관련 오염 제어 부담을 줄일 수 있다.
• 초고속 특성: 시간분해 측정과 재료 연구에 활용할 수 있다.3544

HHG는 광원 출력이 노광기 수준까지 필요하지 않으면서 높은 결맞음이 중요한 분야에 특히 적합하다. NIST는 탁상형 HHG 광원으로 EUV 임계 치수 회절 측정을 수행했고, 여러 연구는 HHG를 EUV 계측과 이미징을 위한 중요한 광원 후보로 평가한다.3335

단점도 분명하다. 변환 효율과 출력이 낮고, 빔 안정성, 장시간 운전, 반복률, 광학 손실과 대면적 스캔 처리량을 더 개선해야 한다. EUV 마스크 전체 면적 검사에 필요한 광원 출력은 응용 조건에 따라 약 1~100mW 수준으로 추정된 바 있다. 다만 요구 조건은 결함 감도, 스캔 면적, 신호대잡음비와 처리량에 따라 달라지므로 특정 출력 수치를 모든 계측 장비의 공통 기준으로 받아들여서는 안 된다.51

공개 자료에 따르면 ASML, 인텔, 삼성, TSMC는 HHG 관련 측정·검사 기술을 사용하거나 평가한 적이 있다.1824 하지만 이를 HHG가 이미 모든 고처리량 검사 장비에서 플라즈마 광원을 대체했다는 뜻으로 해석해서는 안 된다. 공개된 근거는 전면적인 팹 대체보다는 개발 장비, 액티닉 검사 연구, 특수 계측 분야에서 더 강하다.

중국의 국내 생태계는 광원에서 시스템 통합으로 넓어지는 중

공개 보도에서 언급된 중국 기업은 화신극광(华芯极光), 랑다오테크놀로지(朗道科技), 윈치지야오(云栖极耀), 화리레이저(华日激光), 하오위신광(皓宇芯光) 등이다. 이들 기업은 광원과 레이저, 장비, 시스템 통합 등 여러 분야에 걸쳐 있는 것으로 보도됐으며, 하오위신광은 HHG 경로에 집중하는 기업으로 소개됐다.17

대학과 연구기관 가운데 공개 자료가 가장 분명한 가속기 광원 프로젝트는 칭화대의 SSMB 프로그램이다. 이 연구의 원리 검증은 독일 헬름홀츠 베를린 재료·에너지 연구센터와 독일 연방물리기술원과 공동으로 수행됐다. 이는 해당 분야의 국내 역량이 여전히 국제 가속기 과학과 정밀 계측 연구의 기반을 필요로 한다는 점도 보여준다.214

지속 가능한 국내 생태계가 되려면 광원 외에도 다음 요소를 갖춰야 한다.

• EUV 다층 반사경, 진공 챔버와 오염 제어 기술
• 검출기, 정밀 스테이지, 정렬·교정 및 방사선량 계측 기술
• 산란 모델, 영상 복원, 결함 분류와 공정 제어 소프트웨어
• 마스크 블랭크, 펠리클, 포토레지스트와 웨이퍼 공정 테스트 구조
• 실제 웨이퍼 인쇄 결과, 소자 전기 특성, 수율과 측정값을 연결하는 팹 협력

따라서 국내화를 평가할 때는 “EUV 광원을 개발하는 기업이 몇 곳인가”만 세어서는 부족하다. 납품 가능한 완제품, 안정적인 교정 체계, 실제 생산 데이터의 폐쇄루프가 형성됐는지를 함께 봐야 한다.

실험실 시제품에서 양산 장비까지, 넘어야 할 다섯 관문

1. 유효 광출력과 처리량

광원이 만들어낸 출력이 곧바로 시료에 도달하는 유효 출력은 아니다. 광학계 손실을 거쳐 검출기에 유의미한 신호로 변환되는 광자 수가 중요하다. 장비는 결함 감도, 스캔 면적, 노출 시간과 잡음 사이에서 경제적으로 타당한 균형을 찾아야 한다.

2. 장기 안정성

팹이 원하는 것은 짧은 실험에서 성능이 좋은 장치가 아니라 교대근무와 수개월의 운전을 견디는 장비다. 파장, 조사량, 지향성, 결맞음과 검출기 응답을 지속적으로 모니터링하고 교정할 수 있어야 한다.

3. 광원과 시스템 수명

플라즈마 부품, 레이저, 진공 시스템, 반사경과 검출기는 모두 유지보수 주기에 영향을 준다. 파편 오염, 광학 성능 저하와 핵심 부품 교체 비용은 장비의 총소유비용을 좌우한다.

4. 측정값과 실제 웨이퍼 결과의 상관성

고해상도 이미지를 얻는 것 자체가 최종 목표는 아니다. 측정된 선폭, 오버레이 오차와 결함 특성이 실제 웨이퍼 인쇄 결과, 소자 성능과 수율을 예측할 수 있어야 한다. 그렇지 않으면 측정값을 생산 공정 제어에 편입하기 어렵다.

5. 공정·소프트웨어 통합

EUV 계측 장비는 마스크, 포토레지스트, 박막, 웨이퍼 표면 형상, 자동 반송, 데이터 인터페이스와 팹의 공정 제어 시스템에 맞아야 한다. 장기간의 고객 인증과 비교 시험, 현장 운전 데이터는 한 번의 실험 시연보다 상용화 가능성을 더 정확히 보여주는 지표다.3050

중국 EUV 계측이 성숙했는지 판단하는 기준

앞으로 주목할 것은 어떤 연구팀이 13.5nm 광원을 얻었다고 발표했는지가 아니다. 다음과 같은 검증 가능한 지표가 더 중요하다.

• 장시간 연속 운전 데이터가 있는가
• 시료에 도달하는 유효 출력과 스캔 처리량을 공개하는가
• 결함 검사 결과를 정밀 계측으로 교정할 수 있는가
• 전자빔, 싱크로트론 또는 웨이퍼 전기 특성 결과와 상관성을 확보했는가
• 웨이퍼 팹이 장기 시험과 인증을 완료했는가

현재 공개 정보만 종합하면 중국의 현실적인 경로는 단계적일 가능성이 크다. HHG는 연구개발, 마스크 재검사와 특수 계측 분야에 먼저 진입하고, DPP 같은 소형 플라즈마 경로는 일부 인라인 응용을 노릴 수 있다. 싱크로트론과 SSMB는 고급 광원 및 계측 과학 연구를 맡고, LPP는 최고 출력과 고처리량 분야에서 계속 중요한 위치를 유지할 가능성이 있다.

결론적으로 중국의 EUV 계측 생태계는 광원 연구에서 장비와 시스템 통합으로 확장되는 초기 형태를 보이고 있다. 그러나 ‘생태계가 생겨나고 있다’는 말과 ‘양산에 투입됐다’는 말 사이에는 여전히 큰 간극이 있다. 승부처는 13.5nm 빛을 단독으로 만드는 데 있지 않다. 광원, 광학계, 검출기, 알고리즘, 공정 재료와 웨이퍼 팹 검증을 하나의 안정적인 생산 장비로 통합하는 데 있다.

중국이 먼저 노리는 곳은 ‘노광’보다 ‘측정’이다

첨단 반도체 제조가 더 작은 결함과 복잡한 3차원 구조를 다루면서 검사와 계측의 난도도 함께 높아지고 있다. EUV 노광은 13.5nm 파장을 사용하지만, 기존 심자외선(DUV) 계측 시스템에서 흔히 쓰인 파장은 193nm와 248nm였다. 선폭과 마스크 결함, 트랜지스터의 입체 구조가 계속 축소되면서 장비에는 더 높은 공간 분해능과 빠른 측정 속도, 웨이퍼를 손상시키지 않는 비접촉 특성이 동시에 요구된다.5532

현재 중국에서 모습을 드러내는 것은 이미 양산 검증을 마친 국산 EUV 노광기가 아니라, EUV 계측을 중심으로 확장되는 기술 생태계다. 광원뿐 아니라 반사경, 진공 시스템, 검출기, 정밀 스테이지, 알고리즘과 공정 제어 소프트웨어가 각각 진입점이 될 수 있다.

결국 산업화 여부를 가르는 기준은 13.5nm 빛을 만들 수 있느냐가 아니다. 여러 부품을 하나의 시스템으로 묶어 장시간 운전하고, 정기적으로 교정하며, 측정 결과를 실제 웨이퍼 공정 데이터와 연결할 수 있느냐가 핵심이다.

GAA 트랜지스터가 더 정교한 EUV 검사를 요구하는 이유

핀펫(FinFET)에서 게이트 올 어라운드(GAA) 트랜지스터로 넘어가면서 채널과 게이트, 계면은 더욱 뚜렷한 3차원 구조가 됐다. 일부 핵심 구조는 덮개층이나 서로 다른 재료의 계면 아래에 놓여 있다. 표면만 관찰하는 기존 방식으로는 선폭, 측벽 형상, 층간 오프셋, 매립 결함을 완전히 판단하기 어려워진다. 공개 자료는 GAA 구조가 고해상도·비접촉 검사의 수요를 키우는 중요한 요인이라고 설명한다.8

13.5nm EUV의 의미는 단순히 “파장이 짧다”는 데 그치지 않는다. 산란 측정에서는 결함의 크기와 조명 파장이 신호 세기에 큰 영향을 준다. 파장을 줄이면 나노미터급 결함에 대한 감도가 높아질 수 있지만, 실제 성능은 광원 출력, 광학계, 검출기 잡음, 시료 재료와 복원 알고리즘에도 좌우된다.18

EUV 계측은 산란 측정, 결맞음 회절 이미징(CDI), 반사형 이미징 등을 활용해 회절 신호에서 구조 파라미터를 역산한다. 즉, 탐침으로 웨이퍼를 직접 접촉하지 않고도 구조를 추정할 수 있다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 탁상형 HHG 광원으로 50nm 미만 선·공간 구조를 대상으로 EUV 회절 측정을 수행했다. 또 다른 연구에서는 EUV 산란 측정이 2차원 배선 구조의 면외 특성에 대해 단일 나노미터 수준의 민감도를 보였다.3334

EUV 마스크에는 ‘같은 파장’ 검사가 필요한 이유

EUV 마스크는 빛이 통과하는 단순한 투명판이 아니다. 여러 층의 반사막으로 구성된 복잡한 구조이기 때문에, 특정 위상 결함이 다른 파장에서는 잘 드러나지 않거나 실제 웨이퍼 전사 가능성을 정확히 보여주지 못할 수 있다.

이 때문에 ‘액티닉 검사(actinic inspection)’는 노광과 동일한 13.5nm 파장을 사용해 결함이 실제로 인쇄 가능한지를 직접 평가하는 방식으로 이해된다. 관련 연구는 13.5nm 검사가 EUV 다층 마스크의 핵심 위상 결함을 식별하는 데 특히 중요하다고 지적한다.48

HHG가 주목받는 배경도 여기에 있다. HHG는 공간적·시간적 결맞음이 높은 EUV를 만들 수 있어 결맞음 산란 현미경, 회절 측정, 렌즈리스 이미징에 적합하다. 삼성은 독립형 HHG 광원을 탑재한 EUV 마스크 결함 재검사 시스템을 공개적으로 소개한 바 있다. 이는 HHG가 적어도 전용 마스크 재검사와 연구 장비의 기술 논의 단계에는 진입했다는 의미다.42

EUV 광원 네 가지 경로의 장단점

LPP: 가장 강력한 출력, 가장 높은 엔지니어링 난도

레이저 생성 플라즈마(LPP)는 고출력 레이저로 주석 액적을 때려 13.5nm EUV를 발생시키는 방식이다. ASML의 EUV 시스템도 이 기본 경로를 사용하며, 회사 제품 자료에 따르면 13.5nm 광원은 상용 EUV 노광 시스템에 적용돼 있다.55

LPP의 가장 큰 강점은 노광과 고처리량 검사에 필요한 출력 수준에 가까워질 수 있다는 점이다. 반면 고출력 구동 레이저, 주석 액적 제어, 파편 억제, 집광 거울 오염, 열 관리와 유지보수라는 복잡한 과제를 안고 있다. 검사 장비에서는 높은 처리량을 제공할 여지가 있지만, 개발 기업에는 자본과 서비스 부담이 큰 경로이기도 하다.

DPP: 더 작은 장비를 겨냥하는 후보

방전 생성 플라즈마(DPP)는 방전을 통해 EUV 플라즈마를 만든다. 대형 가속기 시설보다 상대적으로 소형화할 가능성이 있고, 일부 계측 분야가 요구하는 출력 수준에 적합할 수 있다. 중국 관련 보도에서도 DPP는 국내 연구가 진행되는 경로 가운데 하나로 소개됐다.1726

다만 전극 마모, 파편, 플라즈마 안정성, 광원 수명과 장기 유지보수 문제를 해결해야 한다. 13.5nm 빛을 만들 수 있다는 사실만으로 생산 라인 적합성이 보장되는 것은 아니다. 팹이 요구하는 연속 운전 시간과 유지보수 주기를 만족할 수 있는지가 더 중요하다.

FEL·싱크로트론: 고급 연구에는 강하지만 팹 배치에는 불리

자유전자레이저(FEL)와 싱크로트론 광원은 높은 밝기와 결맞음, 파장 조절 능력을 제공한다. 기준 측정, 재료 연구, 마스크 분석, 공정 개발에는 유용하지만 대형 가속기 시설에 의존하는 경우가 많다. 크기와 비용, 운전 조건 때문에 일반적인 웨이퍼 팹의 생산 라인에 직접 설치하기는 어렵다.

따라서 가속기 광원은 당장 소형 생산 장비를 대체하기보다 다른 계측 시스템에 고품질 비교 데이터를 제공하는 ‘표준·연구 플랫폼’ 역할을 먼저 맡을 가능성이 크다.

SSMB: 높은 평균출력을 겨냥한 장기 경로

칭화대가 주도하는 정상상태 미세번칭(SSMB)은 저장 링 안의 전자빔을 레이저로 변조하고, 삽입장치에서 미세 번치를 형성해 전자빔이 순환하는 동안 그 구조를 유지하는 방식이다. 칭화대가 공개한 원리 검증에서는 SSMB의 기본 메커니즘이 실험적으로 시연됐다. 이후 설계안은 13.5nm, 높은 평균출력, 좁은 대역폭의 EUV 방사를 목표로 제시했다.124

SSMB의 매력은 저장 링의 높은 반복률과 결맞음 방사의 높은 밝기를 결합하려는 데 있다. 관련 설계 자료는 장비 한 대당 1kW를 넘는 목표를 제시하지만, 이는 설계·공학 연구 지표다. 이미 제작돼 웨이퍼 팹 인증을 마친 양산 광원과 동일하게 볼 수는 없다.310

전자빔 안정성, 레이저 변조, 저장 링 제어, 빔 품질, 시설 규모와 시스템 비용은 여전히 주요 과제다. SSMB는 고출력 EUV 공급 방식을 바꿀 수 있는 장기 후보에 가깝고, 당장 상용화하기 쉬운 탁상형 계측 광원은 아니다.

HHG가 차세대 EUV 계측의 핵심 후보로 떠오른 이유

고차 조화파 발생(HHG)은 펨토초 레이저를 기체와 같은 매질에 집속해 EUV에서 연질 X선 영역의 고차 조화파를 만드는 기술이다. 주석 플라즈마 광원과 비교하면 다음과 같은 특징이 있다.

• 탁상형 구현 가능성: 대형 싱크로트론 시설 없이 실험실이나 전용 측정 장비에 넣을 여지가 있다.
• 높은 결맞음: 결맞음 회절 이미징, 산란 측정, 위상 복원 이미징(ptychography), 마스크 재검사에 유리하다.
• 파장 유연성: 재료와 구조, 측정 모델에 맞춰 서로 다른 파장대를 선택할 수 있다.
• 낮은 파편 오염 위험: 주석 액적 플라즈마에 의존하지 않아 관련 오염 제어 부담을 줄일 수 있다.
• 초고속 특성: 시간분해 측정과 재료 연구에 활용할 수 있다.3544

HHG는 광원 출력이 노광기 수준까지 필요하지 않으면서 높은 결맞음이 중요한 분야에 특히 적합하다. NIST는 탁상형 HHG 광원으로 EUV 임계 치수 회절 측정을 수행했고, 여러 연구는 HHG를 EUV 계측과 이미징을 위한 중요한 광원 후보로 평가한다.3335

단점도 분명하다. 변환 효율과 출력이 낮고, 빔 안정성, 장시간 운전, 반복률, 광학 손실과 대면적 스캔 처리량을 더 개선해야 한다. EUV 마스크 전체 면적 검사에 필요한 광원 출력은 응용 조건에 따라 약 1~100mW 수준으로 추정된 바 있다. 다만 요구 조건은 결함 감도, 스캔 면적, 신호대잡음비와 처리량에 따라 달라지므로 특정 출력 수치를 모든 계측 장비의 공통 기준으로 받아들여서는 안 된다.51

공개 자료에 따르면 ASML, 인텔, 삼성, TSMC는 HHG 관련 측정·검사 기술을 사용하거나 평가한 적이 있다.1824 하지만 이를 HHG가 이미 모든 고처리량 검사 장비에서 플라즈마 광원을 대체했다는 뜻으로 해석해서는 안 된다. 공개된 근거는 전면적인 팹 대체보다는 개발 장비, 액티닉 검사 연구, 특수 계측 분야에서 더 강하다.

중국의 국내 생태계는 광원에서 시스템 통합으로 넓어지는 중

공개 보도에서 언급된 중국 기업은 화신극광(华芯极光), 랑다오테크놀로지(朗道科技), 윈치지야오(云栖极耀), 화리레이저(华日激光), 하오위신광(皓宇芯光) 등이다. 이들 기업은 광원과 레이저, 장비, 시스템 통합 등 여러 분야에 걸쳐 있는 것으로 보도됐으며, 하오위신광은 HHG 경로에 집중하는 기업으로 소개됐다.17

대학과 연구기관 가운데 공개 자료가 가장 분명한 가속기 광원 프로젝트는 칭화대의 SSMB 프로그램이다. 이 연구의 원리 검증은 독일 헬름홀츠 베를린 재료·에너지 연구센터와 독일 연방물리기술원과 공동으로 수행됐다. 이는 해당 분야의 국내 역량이 여전히 국제 가속기 과학과 정밀 계측 연구의 기반을 필요로 한다는 점도 보여준다.214

지속 가능한 국내 생태계가 되려면 광원 외에도 다음 요소를 갖춰야 한다.

• EUV 다층 반사경, 진공 챔버와 오염 제어 기술
• 검출기, 정밀 스테이지, 정렬·교정 및 방사선량 계측 기술
• 산란 모델, 영상 복원, 결함 분류와 공정 제어 소프트웨어
• 마스크 블랭크, 펠리클, 포토레지스트와 웨이퍼 공정 테스트 구조
• 실제 웨이퍼 인쇄 결과, 소자 전기 특성, 수율과 측정값을 연결하는 팹 협력

따라서 국내화를 평가할 때는 “EUV 광원을 개발하는 기업이 몇 곳인가”만 세어서는 부족하다. 납품 가능한 완제품, 안정적인 교정 체계, 실제 생산 데이터의 폐쇄루프가 형성됐는지를 함께 봐야 한다.

실험실 시제품에서 양산 장비까지, 넘어야 할 다섯 관문

1. 유효 광출력과 처리량

광원이 만들어낸 출력이 곧바로 시료에 도달하는 유효 출력은 아니다. 광학계 손실을 거쳐 검출기에 유의미한 신호로 변환되는 광자 수가 중요하다. 장비는 결함 감도, 스캔 면적, 노출 시간과 잡음 사이에서 경제적으로 타당한 균형을 찾아야 한다.

2. 장기 안정성

팹이 원하는 것은 짧은 실험에서 성능이 좋은 장치가 아니라 교대근무와 수개월의 운전을 견디는 장비다. 파장, 조사량, 지향성, 결맞음과 검출기 응답을 지속적으로 모니터링하고 교정할 수 있어야 한다.

3. 광원과 시스템 수명

플라즈마 부품, 레이저, 진공 시스템, 반사경과 검출기는 모두 유지보수 주기에 영향을 준다. 파편 오염, 광학 성능 저하와 핵심 부품 교체 비용은 장비의 총소유비용을 좌우한다.

4. 측정값과 실제 웨이퍼 결과의 상관성

고해상도 이미지를 얻는 것 자체가 최종 목표는 아니다. 측정된 선폭, 오버레이 오차와 결함 특성이 실제 웨이퍼 인쇄 결과, 소자 성능과 수율을 예측할 수 있어야 한다. 그렇지 않으면 측정값을 생산 공정 제어에 편입하기 어렵다.

5. 공정·소프트웨어 통합

EUV 계측 장비는 마스크, 포토레지스트, 박막, 웨이퍼 표면 형상, 자동 반송, 데이터 인터페이스와 팹의 공정 제어 시스템에 맞아야 한다. 장기간의 고객 인증과 비교 시험, 현장 운전 데이터는 한 번의 실험 시연보다 상용화 가능성을 더 정확히 보여주는 지표다.3050

중국 EUV 계측이 성숙했는지 판단하는 기준

앞으로 주목할 것은 어떤 연구팀이 13.5nm 광원을 얻었다고 발표했는지가 아니다. 다음과 같은 검증 가능한 지표가 더 중요하다.

• 장시간 연속 운전 데이터가 있는가
• 시료에 도달하는 유효 출력과 스캔 처리량을 공개하는가
• 결함 검사 결과를 정밀 계측으로 교정할 수 있는가
• 전자빔, 싱크로트론 또는 웨이퍼 전기 특성 결과와 상관성을 확보했는가
• 웨이퍼 팹이 장기 시험과 인증을 완료했는가

현재 공개 정보만 종합하면 중국의 현실적인 경로는 단계적일 가능성이 크다. HHG는 연구개발, 마스크 재검사와 특수 계측 분야에 먼저 진입하고, DPP 같은 소형 플라즈마 경로는 일부 인라인 응용을 노릴 수 있다. 싱크로트론과 SSMB는 고급 광원 및 계측 과학 연구를 맡고, LPP는 최고 출력과 고처리량 분야에서 계속 중요한 위치를 유지할 가능성이 있다.

결론적으로 중국의 EUV 계측 생태계는 광원 연구에서 장비와 시스템 통합으로 확장되는 초기 형태를 보이고 있다. 그러나 ‘생태계가 생겨나고 있다’는 말과 ‘양산에 투입됐다’는 말 사이에는 여전히 큰 간극이 있다. 승부처는 13.5nm 빛을 단독으로 만드는 데 있지 않다. 광원, 광학계, 검출기, 알고리즘, 공정 재료와 웨이퍼 팹 검증을 하나의 안정적인 생산 장비로 통합하는 데 있다.