최근 '패턴의 과학' zoom 대중 강연 중, 초반 부분에서 왜 우리가 패턴에 대해 관심을 갖는가에 대해 청중들과 잠시 논했었다. 패턴에 아름다움이 숨겨져 있기도 하고, 이미지로서의 패턴뿐만 아니라, 신호가 갖는 각종 패턴에 대한 해석은 곧 불확실한 미래에 대한 최선의 대비책이기도 하다는 이야기를 했었다. 만약 이 질문을 반도체 공정 엔지니어나 전자공학자들에게 했다면 어떤 답이 나왔을까? 십중팔구 “'패터닝'이 중요하기 때문이다” 라는 대답이 나왔을 것 같다.

반도체 공정에서 말하는 패터닝 (patterning)은 말그대로 반도체 표면 위에 2차원 혹은 3차원 구조로 아주아주 작은 각종 패턴을 새겨 넣은 공정을 의미한다. 이미 기본 원리는 고등학교 (물리?) 교과서에도 실려 있을 정도로, 이제는 반도체 공정에서 말하는 패터닝이 어떻게 이루어지는지는 많이 알려져 있다. 그런데 보통 사람들이 교양 수준으로 알고 있는 대부분의 패터닝 공정은 이제는 거의 쓰이지 않는다. 일부 실험 용, 혹은 성능이 아주 뛰어 날 필요가 없는 반도체 소자 제작 용도 정도로 쓰인다. 그렇다면 요즘 각광 받고 있는 5 nm 급, 심지어 3 nm 급 반도체 로직 패턴들은 어떤 방법으로 만들고 있을까? 적어도 현 시점에서 인류가 보유하고 있는 가장 극미세 패터닝 기술의 핵심은 EUV (extreme ultraviolet) 패터닝이다.

보통 반도체 패터닝은 기본적으로 고퀄의 광원이 필요하다. 미술 시간에 석판화 (리소그래피)를 실습해 본 분들은 기억나시겠지만, 석판화에서는 아라비아고무 용액 같은 특수한 용액을 특정한 기판 (주로 알루미늄 판)에 뿌리고, 그 위에 직사각형 형태의 체에 원하는 밑그림을 그린 후, 햇빛에 노출시켜 원하는 그림이 그대로 아라비아 고무 용액에 전사되게끔 한다. 그래서 아라비아 고무 용액 중 선택적으로 굳은 부분만 남기고 씻어 내면 (이를 에칭이라고 한다)판화가 완성되는 식이다. 반도체 공정의 패터닝도 이와 크게 다르지 않다. 감광액 역할을 하는 photoresist (포토레지스트)와 햇빛 역할을 하는 특정 파장의 광원이 필요하다. 이 때, 햇빛처럼 광범위한 스펙트럼 전체를 광원으로 사용할 경우, 파장에 따라 물질이 흡광하는 정도가 달라지므로, 반도체 공정에는 다파장 광원은 활용할 수 없고, 따라서 아주 좁은 범위의 파장, 가급적 단파장을 사용한다. 이 때문에 레이저 광원이나, 플라즈마 발광 같은 특수한 광원이 필요하다.

20세기 후반부터 21세기 초반까지는 20-50 nm 급의 패터닝만으로도 산업적인 수요를 감당할 수 있었고, 이에 대응하던 패터닝 기술은 주로 과거의 포토리소그래피 (photolithography)를 위시로, 전자빔 리소그래피 (E-beam lithography)와 심층 자외선 리소그래피 (Deep UV lithography, DUV)였다. 그렇지만, 2010년대로 넘어오기 시작하면서 칩 하나가 처리해야 하는 데이터의 용량이 기하급수적으로 증가하기 시작했고, 특히 4G, 5G 통신 기술에서 다루는 데이터 용량의 급증 (특히 고해상도 동영상과 가상현실 계산 처리)은 더더욱 고속, 안정성, 저전력, 무결점, 고수율 GPU, CPU, APU 등에 대한 수요의 폭증세를 불러 왔다. 과거 반도체 업계의 금과옥조처럼 여겨졌던 무어의 법칙 (Moore’s law)은 더 이상 예전처럼 멱함수 법칙 (power law)을 그대로 따라가지는 않지만, 대용량 정보의 고속 처리에 대한 수요는 그에 아랑곳하지 않고 미친듯이 늘어나고 있는 상황인 것이다. 따라서 더 강력한 반도체 칩에 대한 기술적 요구는 앞으로도 계속 지속될 수 밖에 없는 형국이다.

보통 반도체 CPU 등의 칩에서 패터닝을 통해 먼저 만드는 패턴은 제일 간단한 종류지만, 제일 중요한 패턴이기도 한 line-and-space pattern (혹은 나노회절격자 (nano grating pattern))이다. 겉모습만 보면 젓가락을 수백, 수천 개를 한 방향으로 완벽하게 나란히 간격 맞춰 정렬한 것과 비슷한 모양새다. 물론 젓가락 하나의 폭은 이제 나노미터 수준까지 내려와야 대용량 정보 처리에 대한 수요에 대응할 수 있다. 젓가락의 폭, 혹은 ‘선폭’이라고도 불리는 패터닝 특정 크기는 반도체 패터닝에서 활용하는 광원에 따라 달라진다. 참빗으로 머리를 빗으면 머리를 더욱 세밀하게 빗질할 수 있는 것처럼, 광원 역시 더 짧은 파장을 활용하면 더 세밀한 패터닝이 가능하다. 선폭이 짧아지면 그에 비례하여 동일한 면적에 새겨 넣을 수 있는 선들의 개수는 더 많아지며, 따라서 더 많은 정보를 처리할 수 있다. (물론 이렇게 간단하게 계산되지는 않지만 일단 이렇게 봐도 무방하다.)

따라서 원리적으로는 반도체 패터닝 과정에서 선폭을 줄이고 싶다면 더 짧은 파장을 활용하면 된다. (물론 더 고-굴절률의 렌즈 재료를 써서 numerical aperture를 사용해도 된다.) 앞서 잠깐 언급했던 DUV 리소그래피의 경우, 패터닝에 활용한 광원은 KrF (불화크립톤) 혹은 ArF (불화아르곤) 엑시머 레이저 (Excimer laser)다. KrF 레이저는 248 nm, ArF 레이저는 193 nm의 파장을 갖는다. 광원과 더불어 이와 짝을 이룰 수 있는 감광액, 즉 포토레지스트가 필요하고, 작년 이맘 때 일본의 소재-부품 관련 수출 규제로 한창 나라 안팎이 시끄러웠던 시절, 큰 이슈가 되었던 소재 중 하나도 바로 이러한 엑시머 레이저 패터닝 용 감광액이다.

하지만 이들 광원에 의존한 DUV 리소그래피 기반 패터닝 역시, 급증하는 대용량 고속 정보처리 수요를 감당할 수 없고, 따라서 더 짧은 파장의 광원이 필요하게 되었다. 그래서 나온 것이 바로 extreme UV (EUV)다. 파장은 이제 13.5 nm까지 내려 온다. 단순하게 생각하면 ArF DUV의 193 nm 파장 대비, 선폭을 1/14까지도 줄일 수 있으니, 굉장한 기술적 진보를 이룰 수 있을 것이라 생각할 수 있을 것이다. 문제는 이 정도 파장 대역의 초단파 전자기파는 대부분의 물질에 잘 흡수된다는 것이다. 이것이 왜 문제가 되는가 하면, 애써 EUV 광원을 만들어냈다고 해도, 이들이 진행하면서 주위 물질, 가스, 기판, 기기 내벽 등에 대부분 흡수되어 버릴 가능성이 높기 때문이다. 그래서 EUV 리소그래피부터는 DUV까지 채택했었던 아키텍처를 버리고, 완전히 새로운 방식의 아키텍처를 선택한다. 일단 광원 역할을 하는 소재를 외부에서 미세한 방울 형태로 떨어뜨린다 (초당 수만 번, 첨부 그림 참조). 이 때 사용하는 재료는 주석 (Sn)이다. 이 미세한 (주로 마이크로미터 스케일) 주석 방울에 CO2 레이저에서 나온 초강력 펄스 형태의 전자기파가 부딪히면 순간적으로 Sn은 여기된 (excited) 플라즈마를 만들어 내고, 이 플라즈마는 다시 특정 파장의 전자기파를 방출하면서 흩어진다. 플라즈마 발생 효율을 높이고, 결함을 제거하며 EUV 광원 수율을 높이기 위해, 노광 장비 내부는 고진공을 유지하되, 플라즈마 발생 부분만 순수 수소로 미세하게 조정한 압력으로 채워 넣는다. 마이크로미터 수준의 Sn 방울을 사용했을 경우, 얻을 수 있는 그 특정 파장이 바로 13.5 nm 정도 되는 파장이고, 당연히 엑시머 레이저와는 달리 다소 파장 변동 범위가 있다. (대략 5-7% 정도).

광원을 만들어내는 과정만 봐도 엄청나게 고난이도로 보이는데, 사실 넘사벽 기술은 또 있다. 애써 만들어낸 EUV를 무사히 집광시켜 반도체 기판으로 보내야 하는데, 앞서 설명했듯, EUV는 대부분의 물질에 잘 흡수되므로, 반도체 기판으로 가기도 전에 많이 손실된다. 대부분이 손실된다면 얼마나 아깝겠는가. 따라서 가급적 EUV가 발생한 기기 내부는 마치 놀이공원에 있는 거울의 방처럼 EUV를 잘 반사할 수 있는 형태로 설계할 수 밖에 없다. 문제는 아무리 정밀한 거울이라도 EUV를 너무나 잘 흡수한다는 것이다. 그래서 이에 대응하기 위해 우리가 흔히 알고 있는 거울이 아닌, 인공적인 거울을 쓴다. 그 대표적인 케이스가 바로 distributed Bragg reflector (DBR)이다. DBR은 마치 이탈리아 요리 라자냐처럼 생겼다. 밀가루와 토마토 소스가 한 층씩 번갈아가면서 켜켜이 쌓인 것 같은 구조인데, DBR 거울은 밀가루와 토마토 소스 대신, 고-굴절률, 저-굴절률 광학 박막을 번갈아가면서 쌓는다는 것이 다르다. EUV의 경우, 최대한 반사율을 높이기 위해 최적으로 선택된 재료는 몰리브덴 (Mo)과 실리콘 (Si)이다. 이들 각각을 수-수십 나노미터 두께로 한 층씩 아주 정밀하게 쌓으며 (이 과정도 예술에 가깝다..), 총 40-50층 정도의 층수를 갖게끔 쌓는다. 계산포토닉스 방법 중에, transfer matrix method (TMM) 혹은 scattering matrix method (SMM) 라는 방법이 있는데, 맥스웰 방정식을 각 층의 경계마다 행렬 형태로 깔끔하게 계산하여, 이들이 연결된 거대한 지배 방정식을 수치해석 방법을 통해 해를 구하고, 이를 통해 반사율과 투과율, 흡광율을 계산하는 방법이다. 이 방법을 활용하면 몇 층을 몇 나노 두께로, 그리고 각 층은 어떤 굴절률을 갖게끔 쌓아야 할지 최적화 설계를 할 수 있다. (필자가 연구하는 분야 중 하나다.) 불행하게도 이렇게 복잡한 구조의 인공 거울을 활용해도 여전히 EUV 전자기파는 너무나 물질을 사랑한다는 것이다. Mo/Si DBR을 활용하는 경우에도 EUV는 이 거울에서 한 번 반사될 때마다 무려 30-40%씩 흡수된다. 대충 35% 정도 흡수된다고 가정해 보자. 보통의 EUV는 아무리 최적 설계를 해도, 만들어진 EUV 광원을 원하는 방향으로 집광시키기 위해 최소 6개의 거울에서 반사가 순차적으로 이루어져야 한다. 따라서 6개의 거울을 거친 후, 남은 EUV 광원의 세기는 0.65^6 = 7.5% 밖에 안 된다. DBR 거울을 7개, 8개를 쓰는 경우에는 이제는 1% 수준까지도 떨어질 수 있다. 이전 세대 리소그래피 광원인 DUV의 경우, 반사율을 거의90% 이상으로 유지할 수 있다는 것을 생각하면, EUV 광원의 손실률은 큰 문제점 중 하나다. 그러나 어쨌든 지금으로서는 DBR를 활용하여 최대한 손실 없이 EUV를 모으는 것이 관건이다.

사실 DBR을 아무리 잘 만든다고 해도, 이론적인 반사율 65%는 달성하기 쉽지 않다. 라자냐를 완벽하게 만들기가 어렵듯, Mo, Si을 번갈아 가면서 쌓는 과정에서, 두께의 편차가 누적될 수 있다. 계면이 옹스트롬 수준에서 울퉁불퉁할 정도로 초정밀이라고 해도, 40층 이상 쌓으면 이제는 편차가 누적되어 나노미터 수준까지 울퉁불퉁해질 수 있다. 문제는 이 울퉁불퉁한 표면이나 계면에서 단파장의 전자기파가 깔끔하게 반사되는 것이 아니라 흡수되거나 비탄성 산란 (inelastic scattering)될 수 있다는 것이다. 비탄성 산란은 전자기파가 물질을 만났을 때 열 등으로 소실되는 주요 메커니즘 중 하나이고, 따라서 공정 엔지니어링 입장에서는 최대한 피하고 싶은 결함이다. 그렇지만, 나노미터 수준으로 표면을 평탄화하는 것도 어려운 마당에, 겨우겨우 옹스트롬 (0.1 nm) 수준에서 표면/계면을 제어한다고 해도, 40층의 DBR를 완벽하게 매끈하게 만들기는 거의 불가능하다. 거의 허블 우주망원경에 들어갔던 주 반사경보다 훨씬 정밀한 수준의 가공 능력이 필요하다. 그래서 실은 DBR의 반사율 50%를 유지하는 것도 결코 쉽지 않다. 이 경우 6개의 순차적 반사는 0.5^6 = 1.5%, 8개는 0.39% 수준까지 광원 세기가 급감한다.

결국 이전 세대 광원에 비해 광원 생성 효율이 급격히 떨어지는 것을 감수할 수 밖에 없는 것이 EUV 기술의 현실이다. 이는 소모되는 에너지 단위로 환산하면 더욱 극명하게 드러난다. 반도체 패터닝에 활용될 수 있는 최소한의 에너지 밀도를 유지하기 위해 1대의 EUV 광원 생성 과정에 얼마나 많은 전기가 필요할까? 200 W급 EUV를 기준으로, 대략 500-600 kW나 소모된다. 공장 전체가 아니다. 단 1대의 EUV 노광 장비의 광원 생성에 이 정도의 전기가 소모되는 것이다. DUV의 경우 50 kW 이하였다는 것을 생각하면, 무려 10배 이상의 에너지가 요구되는 것이다. 물론 이 마저도 최대한 낮게 잡은 것이고, 공정의 최적화와 고품질, 그리고 안정적인 생산 속도의 유지를 위해서는 1 MW까지도 소모 전력이 잡힐 수도 있다. 보통 반도체 패터닝 라인 하나에 이런 EUV 노광 장비가 적어도 10대가 들어 가야 하니, 공장 하나가 혼자 10 MW의 전기를 잡아먹을 수 있는 셈이다. 소형 화력 발전기 한 유닛의 발전 용량과 맞먹는 규모다. 이렇게 엄청난 전기를 들였음에도 불구하고 실제로 손에 건지는 것은 200 W 수준이니, 에너지 효율은 0.04%로서, 실로 처참하다고 할 정도의 수준이다. 만약 누군가 EUV와 성능은 비슷한데, 소모 에너지를 1/10 수준으로 줄여서 에너지 효율을 1%에 가깝게만 만들어도 아마 상상 이상의 대박을 칠 수 있을 것이다.

이렇게 만들어진 EUV 광원은 이미 DBR 위에 밑그림 (즉, pre-patterning absorber)이 코팅되어 있는 상태이므로, 그 광밀도 분포가 사전에 패터닝된 상태가 되고, 따라서 이제 패터닝하고자 하는 반도체 기판에 입사되면 자동적으로 패터닝이 시작된다. 물론 그 ‘밑그림’을 그리게 할 수 있는 특수한 화학 물질이 필요하며, 이 역시 기술적으로 매우 큰 장벽을 가지고 있다. (일본의 스미토모가 대표적인 ASML EUV 파트너사다.)

현재 인류가 만들어 낼 수 있는 가장 세밀하고 정밀한 반도체 패터닝은 바로 이 EUV 리소그래피 기술에 기반을 두고 있다. 13.5 nm 파장의 EUV는 이론적으로 logic 소자의 경우, 3-5 nm 급 (DRAM line-and-space pattern의 물리적 크기로 환산하면 8-10 nm 급)의 물리적 패턴을 만들어낼 수 있는 것으로 기대되고, 실제로 구현되고 있는데, 이 이론을 극한까지 밀어 부칠 수 있는 회사는 전 세계에 5개도 안 된다. 사실, 개수를 따지는 것이 ‘무의미한 수준이다’라고도 할 수 있다. 그 이유는 이 EUV 패터닝 기술을 안정적으로 상업화 수준까지 만들어서 전 세계 팹과 반도체 회사에 납품할 수 있는 회사는 네덜란드의 ASML이 거의 유일하기 때문이다. 현재 세계 EUV 시장에서 ASML의 점유율은 85~90% 수준이다. 나머지 10% 정도가 일본의 캐논, 니콘이 간신히 나눠 먹기를 하고 있으나, 이 마저도 가격 경쟁력이 없어서 니콘 같은 경우는 오히려 패터닝 기술 개발 인력을 최근에 구조조정하기도 했다. 캐논의 사정도 별반 다르지 않다. 기술적으로 가능한 수준까지 만드는 것과, 그것을 글로벌 레벨의 파운드리 업체나 반도체 회사에 신뢰도 유지하면서 납품할 수 있는 것은 전혀 다른 이야기다. 이 두 가지가 동시에 되는 초격차를 가진 회사는 현재로서는 ASML 밖에 없는 것이다.

이 때문에 업계에서는 ASML이 슈퍼’을’로 불리기도 한다. 사실상 부르는 것이 값이며, 그 마저도 수요가 폭증하고 있기 때문에 주문이 한참 밀려 있다. 삼성전자의 경우, 수백 개의 협력사 중에, ASML만 상대하는 박사급 전담팀이 따로 있을 정도라는 이야기가 업계에 돌고 있을 정도다. 현 시점에서 납품되는 ASML의 EUV 장비는 NXE:3400B인데, 이 장비 한 대의 가격은 원화로 대략 1,500억원 정도 한다. 실감이 안 나는가? 한국이 한창 배치하고 있는 대표적인 스텔스 전투기인 F-35A의 대당 가격이 대략 1,000억원이다. 여기에 옵션을 붙이면 대략 1,500억원 정도 한다. 즉, 대충 따졌을 때, EUV 노광 장비 하나가 F-35A 한 기와 맞먹는 가격인 셈이다. 그런데 반도체 라인에는 노광 장비가 한 대만 배치되지 않는다. 장치 산업의 특성상, 라인 하나에 최대한 집약적으로 장비들을 배치하여 한 배치 (batch)에서 나오는 웨이퍼의 수율 관리를 최상위 수준에서 해야 하기 때문이다. 보통 라인 하나에 10개 이상의 노광 장비가 들어 간다. 만약 라인 하나에 10 대 정도의 리소그래피 장비가 들어간다고 생각하면, 리소그래피 장비만 물경 1조 5천억원을 차지하는 것이다. 가히 반도체 산업이 왜 치킨 싸움으로 흐르면 한 쪽이 처절하게 망할 수 밖에 없는 돈놓고 돈먹기 싸움으로 흐르는지가 여실히 보이는 부분이기도 하다. (물론 원천 기술과 수율 관리 기술력은 기본적으로 뒷받침되어야 한다.) 이 마저도 ‘얼마면 돼! 얼마면 되냐고!’를 외치는 중국 기업들이 있었기 때문에, 가격은 앞으로 더 천정부지로 치솟을 수 있다. 예를 들어, 차세대 EUV 장비인 ASML의 NXE:5000의 경우, numerical aperture (NA)가 기존 장비 대비 50% 이상 증가할 것이고, 그로 인해 대당 가격은 무려 3배 이상 폭증할 것으로 보이는데, 결국 대략 4,000-5,000억원 정도 할 것으로 전망되고 있고, 따라서 라인 하나에 들어가는 노광 장비에만 투자되어야 하는 비용은 무려 최대 5조원까지도 이를 수 있다.

어쨌든 대용량의 데이터를 고속으로 안정적으로 정확하게 처리하려면, EUV에 의존하는 극초미세, 즉, 5 nm 이하 급 패터닝 기술이 필수적이니, 전 세계 반도체 회사는 앞으로 적어도 10-20년 이상은 ASML이 어떤 기술을 만들어 나가는지를 초조한 마음으로 지켜 보는 수 밖에 없다. ASML은 한 번 파트너쉽을 맺으면 꽤 오래 그것을 유지하기로 정평이 나 있는데 (대표적인 파트너쉽이 독일의 렌즈 회사 자이쯔와의 파트너쉽이다), 그 덕분에 삼성전자 같은 경우는 ASML을 수퍼을로서 인정도 하지만, ASML에 삼성전자 초미세 패터닝 공정에 특화된 옵션을 공격적으로 요구할 수 있는 수준까지 온 몇 안 되는 갑의 지위를 가지고 있다. 그리고 그 폐쇄된 클럽에 화웨이가 거의 발을 들여 놓을 수 있었다. 아니 사실 상 들여 놓은 상태였다.

문제는 작년 11월, 트럼프 정부의 대 중국 견제 정책의 일환으로, 사실상 중국 공산당 소유 기업이나 마찬가지인 화웨이에 대한 제재가 본격적으로 실행되었다는 점이다. 지난 6월에는 미국 연방통신위원회 (FCC)가 화웨이를 미국 국가안보에 대한 위협으로 ‘공식 지정’했다. 이로 인해, 미국의 반도체 소재, 공정, 장비 기업들은 화웨이를 포함한 중국의 주요 반도체 업체로의 수출이 미국 연방법에 의거하여 원천 금지되었다. 네덜란드 기업인 ASML은 이 정책을 피해 갈 수 있을 것처럼 보이지만, 900-1,000여 개에 달하는 EUV 장비의 부품 중, 대략 20-30% 정도가 미국에 있는 공장에서 만들어지고 있기 때문에, 사실상 ASML도 대중국 노광 장비 수출이 제한되었다. 화웨이 입장에서는 제재 전에 들여 온 장비가 사실상 마지막인 셈이다. 이것으로 앞으로 1-2년은 버틸 수 있겠지만, 급변하는 세계 반도체 기술 시장에서, 2년 이상의 격차는 곧바로 거의 따라 잡을 수 없는 초격차로 이어진다. 돈다발을 아무리 싸 들고 사정을 해도, 시장이 열리지 않으니 중국 반도체 기업 입장에서는 반도체 공정에서 가장 중요한 패터닝에 대한 자국 기술 개발에 사활을 걸 수 밖에 없을 것이다.

며칠 전 중국 정부는 점점 조여 오는 미국의 대중국 제재 국면에 맞서, 첨단 기술의 자립을 공식적으로 천명하였고, 그 프로젝트를 ‘난니완(南泥湾)‘ 프로젝트라고 명명하였다. 중국의 30-40년대 항일전쟁 당시, 중국 동부 산시성 난니완 협곡 지역에서 중국 공산당 팔로군이 일본군을 상대로 험한 산지를 개간하면서 장기간 게릴라전으로 항전하며 버텼던 역사를 기려, 아마도 난니완이라는 지명을 프로젝트 명으로 차용한 것으로 보인다. 그만큼 중국은 미국의 대 중국 첨단 기술 제재에 대해 자국 주도의 기술 개발 의지를 임전무퇴, 결사항전의 각오로 천명한 것이라고도 볼 수 있다.

문제는 이 10 nm 이하급, 향후, 5 nm 이하급 극초미세 패터닝 기술이 그렇게 정부 차원의 머리띠 두른 결사항전 의지와 수십 조 규모의 돈만 있다고 달성할 수 있는 수준의 것이 아니라는 것이다. 앞서 잠깐 설명했지만, 단순히 광원을 만드는 과정부터가 굉장한 기술적 난이도를 보이고 있으며, 광원을 유도하는 반사경 제작 역시 극심한 기술적 난이도를 자랑한다. ASML은 이 부분에 대해 이미 유럽 내 수십 개의 파트너사와 수십 년의 역사를 자랑하는 굳건한 파트너쉽, 기술적 생태계를 구축하고 있고, 각 파트너사는 업력이 수십 년에서 길게는 수백 년까지도 거슬러 올라가는 경우가 태반이다. 안정적인 기초 연구개발, 선행 연구에서 비롯되는 기술의 레거시, 그리고 기술에 대한 신뢰 관계가 없으면 절대 형성될 수 없는 뿌리 깊은 기술 기반이 필요한 것이다. 문제는 중국 정부가 이 극초미세 패터닝 기술 역시, 몇 년 전 LCD케이스처럼 외국의 기술을 사오거나 (혹은 외국 기업의 특허를 무시하고 심지어는 합작사의 IP를 강탈까지 하고), 외국 엔지니어들을 시한부로 엑기스만 뽑아 내는 방식으로 돈만 있으면 해결할 수 있다고 믿는 것처럼 보인다는 것이다. 중국 정부가 인내심을 가지고 ASML이 그랬던 것처럼 수십 년에 걸쳐 이런 류의 기술적 생태계를 (그것도 사기업들이 자발적으로 이룬) 이룰 수 있을 것인지도 의문이지만, 그렇게 장기간에 걸쳐 존버하면서 기술적 생태계를 이루는 동안 다른 나라의 반도체 기업들, 소재/장비 기업들은 가만히 있을 리도 없다는 것은 명약관화하다.

중국 공산당 정부 입장에서는 어쨌든 자국에서의 ICT 산업을 지속적으로 국가 기간 산업으로서라도 반드시 육성해야 하고, 그를 위해서는 수단과 방법을 가리지 않고서라도 자국에서 독자적으로 만든 기술이 필요하기는 할 것이다. 문제는 그렇게 만들어진 반도체 패터닝 기술은 그 최대 수준이 EUV는 커녕, DUV를 넘는 것 조차도 어려울 것이라는 점, 따라서 가격 경쟁력은 물론, 기술적 경쟁력도 한참 선진 수준에 뒤떨어질 것이라는 점이다. 그렇지만 어쨌든 중국 내수만으로도 웬만한 기업들은 수익이 유지 가능하고, 어차피 만들어 봐야 미국의 제재 때문에 주요 국가로는 수출도 안 되니, 아예 독자적 로드맵과 규격을 채택할 가능성도 충분히 있다. 이 경우, 결국 중국은 거대한 갈라파고스처럼 될 가능성이 있다. 일본의 전자회사들이 한참 잘 나가다가 몇 번의 표준화 삽질 끝에 결국 갈라파고스가 되어 많은 회사들이 망하거나 인수합병된 사례가 중국의 반도체 업계에서도 재현될 수 있는 것이다. 다만 그 내부에서 제로섬 게임으로 자국의 경계로 그 영향이 반영되지 않을 것이라는 점이 차이점이다.

세계 경제가 본격적으로 글로벌화된 이후, 지금까지 기술이나 시장의 갈라파고스화는 대부분 망하는 방향으로 결론이 나오고 있다. 초기의 상태가 아무리 선진적이었다고 해도, 시장 규모가 제일 컸다고 해도, 기술 흐름의 대세를 놓치거나 무시하고, 독자적 표준만 밀어 부치며, 가격 경쟁력을 국가가 관여하는 방식으로 조작하거나 우회하려 했던 대부분의 기술 개발 및 상업화 사례들은 결국 갈라파고스화의 경로에서 자유롭지 못했으며, 누적된 재정적자를 감당하지 못 한 나머지, 정부가 백기를 드는 순간, 인공호흡기를 뗄 수 밖에 없는 운명에 처하는 식이었다. 중국의 반도체 산업이 이렇게 흘러갈지 여부는 아무도 모른다. 그렇지만 미국의 대 중국 첨단 기술 품목 수출 제재가, 비단 트럼프 정권 뿐만 아니라, 차기 미국 정권이 바뀌는 것과 상관 없이, 아마 초당적인 기조로 계속 유지될 것임을 고려컨대, 아마도 앞으로 꽤 오래 제재가 유지될 것이고, 이로 인해 중국은 자의반 타의반으로 독자 기술 규격과 로드맵을 천명하여 독자 노선을 이끌고 갈 가능성이 높다. 아마 이 과정에서 중국 시진핑 정부가 오랫동안 공들였던 일대일로의 유효성도 확인하게 될 것이다. 단순히 산업 기반 시설만 투자하는 것이 아니라, 중국 표준 규격, 로드맵에 편입될 것인지를 일대일로에 참여한 나라들에게 선택을 강요하게 할 가능성이 높다. 차관 혜택을 유리하게 해 주는 대신, 기술 규격을 중국의 것으로 채택하게끔 강요할 가능성이 표면 위로 나올 것이라 생각한다.

어떻게 흘러 가든, 다음 세대의 반도체 로드맵은 두 평행 세계가 공존하는 방식이 될 가능성이 높으며, 이렇게 규격이 갈라지기 시작하면, 처음에는 비슷한듯 보였던 기술들도 결국 점점 그 메커니즘이 갈라지기 시작할 것이다. 마치 섬에 고립된 새가 세대가 지나면서 그 섬에만 있는 고유한 부리를 갖는 종으로 진화하는 것처럼, 중국 (+친 중국 국가들) vs 나머지 세계의 구도로 기술도 각자의 길로 진화를 거듭할 것이다. 세대가 지날수록 이제 이 차이는 마치 종간 번식이 거의 불가능한 수준에 이르는 것처럼, 기술적으로 완전히 달라진 호환 불가능한 시스템이 될 가능성이 높으며, 거칠게 말하자면 철기시대와 석기시대가 공존하는 모양새와 비슷한 양태가 될 것이다. 왜냐하면 이는 반도체 분야의 표준과 로드맵뿐만 아니라, 반도체가 산업의 쌀로서 활용되는 거의 산업 전 분야로까지 확대될 수 밖에 없는 산업적 연결 고리를 끊을 수 없기 때문이다.

개인적인 생각으로는, 그렇게까지 극단적으로 (즉, 전혀 호환이 안 될 정도로) 기술적 분기가 심화되는 수준으로까지 이 상황이 수십 년 간 계속 흘러 갈 것으로는 생각하지는 않는다. 그러나 누가 알겠는가? 미국이 마음 먹고 2인자를 죽이려고 들면 얼마나 철저하게 죽일 수 있는지, 우리는 지난 100년 간 2차대전 시기 나치 독일, 냉전 시기 소련, 버블 시기 일본의 케이스, 그리고 21세기 중국의 케이스에서 계속 관찰해 오고 있지 않은가? 중국이 과연 이 상황을 어떻게 타개할 것인지 전문가들이 다양한 전망을 내놓고 있지만, 결국 그 나라의 경쟁력은 기술적 혁신과, 그를 뒷받침하는 기초 과학 연구의 저변과 역사에서 나온다는 단순한 원리를 고려하면, 독자 노선을 택하게 될 중국은 중단기적으로는 엄청난 손해를 볼 수 밖에 없을 것이다. 다만, 그 시기를 넘길 수 있는 정치적 안정성과 체력이 있다면 장기적으로는 오히려 표준과 로드맵을 자국으로 다시 되찾아 올 가능성이 없지는 않다. 그 기준이 정확히 언제쯤인지 예측하기 어렵지만, 적어도 두 세대 (50-60년) 정도에서 그 윤곽이 드러나지 않을까 생각한다.

다만 상황은 중국에게, 더 정확히는 중국 공산당 정부에게 녹록치 않다. 이미 의식주 수준과 정보 습득력이 거의 선진국에 근접하고 있는 중국 인민들, 특히 젊은이들의 상황을 생각하면, 과연 15억 인민들이 이렇게 오랫동안, 이른바 기술적 ‘보릿고개’를 별 불만 없이 버틸 수 있을지는 미지수이기 때문이다. 격하게 표현하자면 혁명이 일어나도 몇 번은 일어날 수 있는 긴 시간인 것이다. 정보의 가치와 생활의 편리함을 맛 본 사람은 다시 그 이전으로 돌아 가기 거의 불가능하다는 단순한 사실은 중국 인민들이라고 해서 예외가 될 수는 없다.

미국과 중국의 패권 다툼은 결국 바이오, ICT, 그리고 양자컴퓨터 같은 다양한 기술을 공통적으로 아우르는 대용량 데이터의 고속, 저전력, 초정밀 처리 기술의 혁신 싸움이고, 한국은 이 G2 거인들의 기술 혁신 싸움에서 어떤 표준과 어떤 로드맵을 구상할 것인지 매 순간 기술적 추이를 주의 깊게 모니터링해야 한다. 이미 한국 제조업, 특히 첨단 산업의 현 기술 체계와 로드맵은 미국에 거의 예속된 상황이나 마찬가지이지만, 그럼에도 불구하고, 분기되어 나갈 중국의 표준과 로드맵에 대한 모니터링을 게을리하면 안 된다. 이것은 굳이 손자병법을 들먹이지 않더라도 당연히 알 수 있는 부분이다. 그리고 어떤 상황에서든, 그 당시의 속칭 ‘일타’ 첨단 기술에 대한 엣지를 반드시 복수로 가지고 있어야 한다. 즉, ASML처럼 아쉬운 사람이 먼저 찾아 가 읍소할 수 있는, 그런 '수퍼을'의 지위를 국가 차원에서도 반드시 전략적으로 확보하고 있어야 하는 것이다.

다만, ASML이 하루아침에 그러한 기술적 경쟁력을 갖추게 된 것이 아닌 것처럼, 우리나라 역시 기술적 생태계의 심층을 이루는 기초 과학 투자를 더 다양하게 더 깊게 더 장기적으로 해야 함을 잊으면 안 된다. 이를 제때 제대로 하지 못 해, 불행하게도 ‘수퍼을’이 아닌 ‘그냥 평범한 을’이 되는 순간, 주도권을 상실하고 기술적 종속 신세를 면치 못 하며, 이는 나아가 나라 전체의 경쟁력, 나아가 국력과 국체의 지속 가능성에까지 영향을 미치게 될 것이다. 내외부적인 환경의 불확실성과 변동성이 점점 누적될 21세기 중후반부로 갈수록, 순식간에 을도 아닌, 병, 정의 신세로 급격하게 나라의 위상이 급변할 수 있는 가능성도 점점 높아질 수 있다는 것을, G2 사이에 있는 한국은 더더욱 잊으면 안 된다.