오늘날 칩은 항공기, 선박, 위성, 로켓에서부터 사람들의 손에 들린 휴대폰과 워크맨에 이르기까지 현대 사회의 모든 영역에 스며들어 있으며, 이 모든 것들은 칩과 뗄래야 뗄 수 없는 관계에 있습니다. 미국을 비롯한 여러 국가들이 화웨이를 압박하면서 '리소그래피 장비'는 인터넷 검색어 순위에서 상위권을 차지하게 되었고, 리소그래피 장비에 관한 기사들이 쏟아져 나오고 있습니다.

실제 상황은 이렇습니다. 중국은 세계 최고 수준의 포토리소그래피 장비를 개발했을 뿐만 아니라, 외부의 봉쇄와 금수 조치에도 불구하고 독자적으로 개발 및 제조했으며, 모든 지적 재산권을 보유하고 있습니다. 사람들은 중국의 포토리소그래피 장비 개발 및 제조가 구이저우 출신의 과학자 쉬돤이와 밀접한 관련이 있다는 사실조차 모릅니다.

쉬돤이는 1955년 구이양 제1중학교를 우수한 성적으로 졸업하고 칭화대학교에 입학했다. 1961년 칭화대학교 정밀기기학과를 졸업한 후에도 모교에 남아 교편을 잡았다. 문화대혁명 시기에는 칭화대학교의 많은 교수진과 교직원들이 장시성 포양호 인근 농장으로 보내졌다. '선전공작단'의 지도 아래 그들은 '사고방식을 개혁'하고 서민 농가로부터 벼농사를 배우게 되었다. 쉬돤이도 그중 한 명이었다. 이듬해, 첫 아이의 아버지가 된 쉬돤이는 고향인 구이저우에 친척을 방문하기 위해 갔다가 두 살배기 아들을 데리고 장시성의 한 농장으로 향했다. 그는 그곳에 정착하여 평생 농부로 살기로 결심했다. 늦은 밤, 베이징에서 긴급 전화가 걸려와 쉬돤이에게 중요한 임무가 있다며 즉시 베이징으로 돌아오라는 지시가 내려졌다. 베이징으로 돌아온 쉬돤이는 자신이 국가 반도체 산업과 방위산업에 시급히 필요한 핵심 장비인 "자동 리소그래피 장비"와 "스텝앤리피트 카메라" 개발을 담당하게 되었다는 사실을 알게 되었다.

따라서 구이저우 출신의 젊은 보조 코치인 쉬돤이가 중요한 시기에 임명되어 중요한 임무를 맡게 되었다.

칭화대학교는 쉬돤이(Xu Duanyi)에 강력한 연구 개발팀을 지원했습니다. 칭화정밀기기학과 건물이 완공된 후, 1층에 정밀광학기기 가공 공장(9003 시험기지)을 설립하고 선자오(Shen Zhao) 학과장 겸 공장장을 역임했습니다. 칭화대학교는 숙련된 기계공과 정밀 가공 전문가 수백 명을 포함한 공장 전체 엔지니어링 및 기술 인력을 쉬돤이에 통합 배치했습니다. 또한 칭화대학교 졸업생과 우수한 자격을 갖춘 퇴역 군인들을 연구팀에 합류시켰습니다. 더불어 다른 부서에서 컴퓨터 제어 분야를 담당하던 교원과 기술 인력도 파견했습니다. 개발팀은 칭화대학교 5개 학과에서 온 수백 명의 인원으로 구성된 대규모 합동 프로젝트입니다.

포토리소그래피 장비의 제조 기술이 너무 복잡하고 어려워서 국제 "파리 조정위원회"(바투미)는 오래전부터 이를 첨단 기술 제품으로 지정하고 중국에 대한 봉쇄 및 금수 조치를 취해왔습니다. 당시 중국은 외부와 단절되어 해외 정보를 얻는 것이 불가능했습니다. 쉬돤이는 자신의 팀을 이끌고 새로운 장비를 개발했습니다. 모든 도면은 그가 직접 설계했고, 모든 부품은 자신의 작업장에서 가공 및 제작했습니다. 모든 것을 처음부터 새로 시작한 것입니다.

쉬돤이와 그의 팀원들은 과거에 포토리소그래피 장비의 연구 개발 및 제조에 참여한 경험이 전혀 없었고 관련 지식도 부족했지만, 모두가 매우 열심히 노력하며 배우면서 빠르게 진전을 이루었다. 특히 당시에는 보너스나 초과 근무 수당이 없었음에도 불구하고 팀원 모두가 자발적으로 초과 근무를 하고 밤낮으로 열심히 일했다는 점이 칭찬할 만하다.

쉬돤이 연구팀은 석판 인쇄기의 간섭계를 이용해 주파수를 안정화할 수 있는 헬륨-네온 가스 레이저 개발에서 출발했습니다. 이후 정밀 가이드 레일, 스크류, 볼, 스테퍼 모터, 디지털 제어용 컴퓨터, 광학 시스템, 대구경 투영 렌즈 등을 자체적으로 설계 및 제작했습니다.

극도로 어려운 환경 속에서 1년 넘게 고된 노력 끝에 쉬돤이(徐未) 팀은 기대에 부응하여 1971년 중국 최초의 포토리소그래피 장비와 스텝앤리피트 카메라를 개발하고, 이를 대량 생산하여 전국 반도체 산업에 공급했습니다. 이 업적은 1978년 전국 과학기술 학술대회에서 상을 받았습니다.

1971년 중국 최초의 포토리소그래피 기계를 개발했습니다.

스텝 리피트 카메라

쉬돤이는 1975년부터 반도체 웨이퍼에 직접 집적회로를 리소그래피하는 방식을 이용한 "자동 정렬 단계별 투영 리소그래피 장비" 개발에 투자했습니다. 1980년, 쉬돤이 연구팀은 중국 최초의 "자동 정렬 단계별 투영 리소그래피 장비" 개발을 완료했는데, 이 장비는 0.8 마이크론의 가장 얇은 선폭을 처리할 수 있었습니다. 이는 국내 기술 격차를 해소하고 양산에 들어가 실전에 투입되었습니다. 이는 중국 2세대 리소그래피 장비로, 이 업적은 1981년 제1회 베이징 과학기술성과상 1등상을 수상했습니다. 오늘날까지도 미국과 일본 등 몇몇 국가만이 이러한 장비를 생산할 수 있습니다.

중국의 2세대 석판 인쇄기

1987년, 전자산업부는 국가가 승인한 법인격을 가진 전국 규모의 산업 협회인 "중국 전자 특수 장비 산업 협회"(CEPEA) 설립을 주도했으며, 이 협회는 전국에 100개 이상의 회원사를 보유하고 있습니다. 당시 쉬돤이 교수가 이끄는 칭화대학교 마이크로공학연구소는 전국 대학 중 유일하게 전자 특수 장비 연구를 전문으로 하는 기관이었습니다.

쉬돤이는 중국 전자특수장비산업협회 부회장으로 선출되었으며, 협회의 상급 사업부는 산업정보부이다.

중국 전자전문장비산업협회 설립 후, 쉬돤이는 여러 기관에서 초청 강연을 했습니다. 그는 칭화대학교에서 광학 미세가공 기술 단기 교육 과정을 운영했으며, 현장 기술자들을 위해 "투영 석판 인쇄기의 구조 원리 및 설계"와 "광전 자동 정렬 및 초점 기술" 등의 교육 자료를 편찬했습니다. 동시에 그는 잡지 "전자산업용 특수장비"의 편집위원으로도 활동하고 있습니다.

칭화대학교의 쉬두안이 교수는 광학 미세가공 기술에 대한 단기 교육 과정을 개최했습니다.

이 시기에 중국의 전자산업 특수장비 산업은 급속도로 발전했으며, 다른 나라에서는 보기 드문 완벽한 지원 시설을 갖추고 있습니다.

쉬돤이는 장기간의 연구 개발을 바탕으로 팀을 이끌고 더욱 발전된 "단계별 투영 석판 인쇄기" 개발을 적극적으로 추진했다.

이 새로운 리소그래피 장비의 설계 지표는 당시 최고 수준의 국제적 기준을 목표로 했습니다. 예를 들어, 포토리소그래피 처리가 가능한 최대 칩 면적은 10×10 제곱밀리미터이고, 실제 유효 해상도는 1.25 마이크론이며, 작업대 이동 거리는 160×160 mm이고, 4~6인치 웨이퍼를 처리할 수 있습니다.

포토리소그래피 장비 개발에 성공한 후, 세 대가 동시에 생산에 들어갔습니다. 그중 한 대는 칭화 마이크로 엔지니어링 연구소에서 실험 연구용으로 사용하고 있으며, 나머지 두 대는 중국과학원 109공장과 베이징 반도체 소자 공장에 시범 평가용으로 제공되었습니다.

중국과학원 왕서우(Wang Shouwu) 연구원은 이 포토리소그래피 장비를 사용하여 다양한 대규모 집적 회로를 개발했습니다. 기존 공정에 비해 수율이 평균 27% 증가했습니다.

왕서우 선생은 쉬돤이가 발명한 포토리소그래피 마스크에 보호 필름을 추가하는 새로운 방법을 매우 높이 평가했으며, 미국 회사를 소개하여 쉬돤이 팀과 협력하여 생산을 진행하도록 했습니다.

이 결과가 전자산업부에 보고된 후, 관련 책임자들은 이를 매우 중요하게 여겨 칭화대학교와 중국과학원 시험장을 직접 방문했습니다.

1991년 1월, 전자산업부와 국가교육위원회는 국내 관련 권위 있는 전문가들을 소집하여 칭화대학교에서 대규모 평가 회의 및 기술 교류회를 개최했습니다. 이 회의는 칭화대학교의 쉬돤이 교수 등이 개발한 3세대 "자동 정렬 단계별 투영 리소그래피 장비"를 평가하기 위한 것이었습니다. 전자산업부 관계자들이 주최한 이 평가 회의에는 중국 물리학계의 저명한 인물인 왕서우 교수가 평가 전문가단의 단장을 맡았습니다. 쉬돤이 교수는 회의에서 칭화대학교의 리소그래피 장비 연구 개발 현황을 소개했습니다.

이번 평가 회의는 규모가 매우 크고 성대하게 개최되었습니다. 루진룽 전자산업부 특수장비국장을 비롯한 주요 인사들 외에도 과학기술부와 교육위원회 관계자들이 참석했습니다. 니웨이더우 칭화대학교 과학연구 담당 부총장이 영접을 맡았으며, 전국 각지의 반도체 공정 특수장비 제조업체 대표들도 함께했습니다.

왕수우 선생은 여전히 ​​특유의 스타일을 고수했다. 그의 말은 간결하고 핵심적이었으며, 단 세 문장만 말했다.

"이 석판 인쇄기는 나쁘지 않습니다. 모든 분들이 진지하게 개선 방안을 제안해 주시면 좋겠습니다. 사용자 부서에서는 장비 개발에 적극적으로 참여해 주시기 바랍니다."

왕수우 선생에게서 이처럼 긍정적인 평가를 받는 것은 매우 드문 일입니다.

평가 회의에 앞서 왕 씨는 쉬돤이에게 전문가 명단을 건네주며 칭화대학교에 이 전문가들을 정식으로 초청하여 평가팀을 구성하도록 요청했다. 또한, 장비 설계 및 제조, 반도체 소자 생산 부서의 엔지니어 및 기술 인력으로 구성된 팀을 지정하여 전자산업부 책임자들과 협력하여 리소그래피 장비 현장 테스트를 실시하고, 그 결과를 평가위원회 전문가 그룹에 제출하여 검토하도록 했다.

마지막으로 왕서우 씨는 이러한 자료와 전문가 그룹의 의견을 바탕으로 감정 의견서를 작성하고 회의에서 직접 감정 결과를 낭독했습니다.

쉬돤이는 수년간 전자 산업용 특수 장비 분야에 종사하며 다양한 제품 평가 회의에 참여해 왔지만, 이처럼 엄격하고 진지한 평가 과정은 처음 경험해 본다.

This appraisal meeting is of milestone significance.

이로써 칭화대학교는 중국에서 세계 최고 수준의 고급 석판 인쇄 장비를 독자적으로 개발 및 생산할 수 있는 유일한 기관이 되었습니다.

쉬돤이 연구팀이 개발한 3세대 "자동 정렬 단계별 투영 석판 인쇄기"와 해당 기계에 사용된 렌즈는 국가 공식 평가를 통과한 후 "국가 과학기술 성과상"을 수상했습니다.

1991년 3월, 전자산업부는 국가계획위원회가 주최하는 "제1회 전국 산업기업 기술진흥성과전시회"에 해당 기계를 전시하기로 결정했습니다. 이에 따라 칭화대학교에서 개발한 "자동 정렬 단계별 투영 석판 인쇄기"는 베이징 전시장의 주전시장에 설치되어 국내외 관람객, 전문가 및 언론 기자들에게 공개되었습니다.

'인민일보'(해외판), '베이징일보', 베이징TV 등 여러 언론 매체가 이 소식을 보도하자 각국의 과학계에서 큰 관심을 불러일으켰다.

이날 쉬돤이는 베이징 전시센터로부터 전화를 받았는데, 중요한 외국 대표단이 방문할 예정이며 쉬돤이가 직접 맞이해 달라는 요청이었다.

쉬돤이는 베이징 전시센터 본관에 정시에 도착했고, 왕서우 씨는 외국 대표단을 이끌고 칭화대학교 부스를 방문하여 칭화대학교가 개발한 자동 투영 석판 인쇄기를 견학했으며, 많은 중국 및 외국 기자들이 동행했습니다.

쉬돤이는 이 사람들이 누구인지 몰랐기에 더 이상 질문을 할 엄두를 내지 못했다. 그는 정중하게 그들을 맞이하여 석판 인쇄기를 둘러보게 하고, 그들이 묻는 모든 질문에 답했다.

당시 중국 과학계에는 '지식재산권'이라는 개념 자체가 없었고, 기밀 유지 방법도 몰랐다. 사람들이 무엇을 묻든 모든 것을 다 말해버렸다.

1991년 3월, 칭화대학교에서 개발한 3세대 "자동 정렬 단계별 투영 석판 인쇄기"가 베이징 전시장에서 열린 "제1회 전국 산업기업 기술진흥성과전시회"에 참가했습니다. 사진은 쉬돤이(가운데)가 회의에 참석한 전문가들에게 중국의 석판 인쇄기 연구 개발 현황을 소개하는 모습입니다.

이 외국 전문가들은 석판 인쇄기 주변을 걸어 다니며 매우 꼼꼼하게 살펴보고 전문적인 질문을 던졌습니다. 어떤 전문가들은 심지어 바닥에 엎드려 기계 뒤쪽으로 몸을 돌려 석판 인쇄기의 내부 구조를 자세히 살펴보기도 했습니다.

그제야 쉬돤이는 이 대표단이 모두 미국과 일본 출신의 사진 석판 인쇄기 전문가들이라는 사실을 알게 되었다.

미국과 일본의 전문가들이 중국이 해외의 제재와 금수 조치에도 불구하고 완전한 지적 재산권을 확보한 세계적 수준의 포토리소그래피 장비를 독자적으로 개발한 것을 직접 목격했을 때, 그들은 놀라움을 금치 못하며 "믿을 수 없는 일이다!"라고까지 말했다.

미국과 일본 전문가들이 떠난 직후, 다른 나라의 석판 인쇄 전문가들도 잇따라 도착했다. 당시 석판 인쇄기를 생산하는 거의 모든 유명 해외 기업과 제조업체들이 칭화대학교에서 독자적으로 개발한 석판 인쇄기를 시찰하기 위해 베이징에 사람들을 파견했다. 그들은 모두 꼼꼼하게 살펴보고 질문도 많이 했다. 쉬돤이는 이 외국 전문가들을 친절하게 맞이하며 현장에서 다양한 질문에 답했다. 전문가들은 중국이 석판 인쇄기를 독자적으로 개발했다는 ​​사실에 진심으로 감명받았고, 쉬돤이를 초청하여 교류를 이어가자고 했다. 하지만 아쉽게도 방문객 중에는 훗날 세계 석판 인쇄기 업계의 거물이 될 네덜란드 기업 ASML의 대표는 없었다. 당시 ASML은 아직 설립조차 되지 않았던 회사였다.

베이징 전시회가 끝나고 외국 전문가들이 중국을 떠나 고국으로 돌아간 직후, 국제 "파리 조정위원회"는 중국에 대한 프로젝션 리소그래피 장비 수출 금지 조치를 해제한다고 발표했습니다. 당시 세계에서 "스텝바이스 프로젝션 리소그래피 장비"를 주로 생산하던 미국과 일본도 동시에 중국에 대한 수출 금지를 해제하고 더욱 유리한 가격으로 수출하겠다고 발표했습니다. 이와 동시에 매우 매력적인 파격적인 제안이 제시되었습니다. "당사의 리소그래피 장비를 구매하는 중국 기업의 대표는 당사를 방문할 수 있습니다. 왕복 항공권, 호텔 숙박 및 모든 여행 경비는 당사에서 부담합니다."

당시 중국은 막 개방된 국가였고, 바깥세상은 중국 기업 경영진들에게 매우 흥미롭고 매력적인 곳이었다. 그들은 모두 해외에 나가 보고, 즐기고, 시야를 넓힐 기회를 찾고 싶어했다.

그 결과, 칭화대학교에서 생산한 프로젝션 리소그래피 장비를 구매할 계획이었던 많은 업체들이 마음을 바꿔 구매를 취소한다는 연락을 해왔습니다. 칭화대학교와 오랜 협력 관계를 유지해 온 중국과학원 반도체연구소 109공장을 비롯해 베이징, 상하이, 톈진, 우시 등지의 대형 업체들까지 모두 주문을 취소했습니다. 칭화대학교가 개발 및 생산한 새로운 자동 리소그래피 장비는 시장을 잃고 설 자리를 잃었습니다.

결과적으로 쉬돤이 팀은 반도체 생산 및 가공에 중요한 핵심 장비인 자동 리소그래피 장비를 개발하기 위해 엄청난 노력을 기울였지만, 결국 실패로 돌아갔다. 수년간의 모든 노력과 땀이 허사가 된 것이다.

중국 최초의 석판 인쇄기 개발을 주도했던 과학자 쉬돤이는 더 이상 석판 인쇄기를 만들 수 없게 되었습니다. 그의 깊은 슬픔은 쉽게 짐작할 수 있습니다. 절망에 빠진 그는 석판 인쇄기 연구 개발 분야를 떠나 새롭게 떠오르는 국제적인 광디스크 연구에 몰두하게 되었습니다.

그 후 쉬돤이 교수가 이끄는 칭화대학교 연구팀은 광디스크 연구 분야에서 눈부신 성과를 거두었습니다. 중국의 광디스크 연구 개발 및 제조는 세계를 선도하며, 생산, 판매 및 수출량 모두 세계 1위를 차지하고 있습니다. 중국은 세계 무대에서 중요한 위치를 차지하며 전 세계를 놀라게 했습니다.

Xu Duanyi became one of the main founders of China's optical disc research field. He holds 67 Chinese patents and 2 U.S. patents. He has been invited to serve as chairman of international optical conferences many times, won the "National Invention Award", China's highest science and technology award, and was appointed chief scientist of national key basic research projects.

칭화대학교가 석판 인쇄기 생산을 중단한 후 상황은 더욱 악화되었습니다. 해외에서 생산된 사진 석판 인쇄기가 쏟아져 들어와 중국 시장을 빠르게 장악했습니다.

중국이 "궁궐에서 칼을 휘두르듯" 석판 인쇄기 연구 개발 및 제조를 포기하면서, 해외 석판 인쇄기 제조업체들은 경쟁자가 없어졌고, 석판 인쇄기 가격은 계속해서 상승했다. 몇 년 후, 자동 석판 인쇄기는 희귀한 물건이 되었고, 가격은 대당 수억 달러까지 치솟아 대형 항공기보다 비싸졌다.

가격이 비쌀 뿐만 아니라, 선진국들은 중국에 포토리소그래피 장비 판매를 금지하고 반도체 칩만 판매하고 있다. 일부 국가들이 중국에 대한 반도체 제품 공급을 차단하면서, 중국의 반도체 기업들은 절망 속에서 고군분투할 수밖에 없다.

쉬돤이의 예측대로 "미래의 석판 인쇄 장비는 주요 기술 혁신과 발전을 겪을 수 있다."

중국에서 리소그래피 장비의 개발 및 생산이 중단된 이후, 해외의 리소그래피 장비 개발은 지속적으로 발전하여 새로운 경지에 도달했습니다. 이제 선진국에서 개발한 고성능 리소그래피 장비로 생산된 칩은 나노미터 수준에 이르렀습니다.

상황이 매우 심각합니다. 전략적 비전을 가진 고위 지도자들도 이 문제를 인식하고 있으며, 칭화대학교가 자동 석판 인쇄기 연구 개발 및 생산을 재개하기를 바라고 있습니다.

이때 쉬돤이는 은퇴했고 그의 팀의 핵심 구성원들은 뿔뿔이 흩어졌다. 그때와 같은 수준의 유능한 과학 연구팀을 재편성하는 것은 결코 쉬운 일이 아니었다!

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