국내 정밀 제조업체가 ASML에 초정밀 SUS304 부품 공급이라는 획기적인 성과를 거두었습니다.

Shenzhen KGL Electromechanical은 26년간 축적된 전문성을 바탕으로 EUV 리소그래피 장비용 0.01mm 정밀도의 스테인리스강 부품을 공급합니다.

업계 특파원 보도

선전 – 선전 KGL 전기기계 유한회사가 ASML의 최고급 글로벌 공급망에 합류하여, ASML의 첨단 반도체 생산 장비에 필요한 0.01mm의 엄격한 공차를 준수하는 초정밀 SUS304 스테인리스강 구조 부품을 생산함으로써 국내 고급 정밀 제조업의 새로운 이정표를 세웠습니다.

시장 데이터는 정밀 부품 공급업체의 중요성을 강조합니다. 2025년 전 세계 반도체 장비 시장 규모는 1,330억 달러에 달할 것으로 예상되며, ASML 단독으로 연간 372억 달러의 매출을 올릴 것으로 전망됩니다. 모든 극자외선(EUV) 리소그래피 장비는 특수 정밀 가공 부품의 복잡한 네트워크에 의존하며, 이 분야는 오랫동안 세계적인 제조업체들이 주도해 왔습니다. 그러나 26년간 정밀 가공에 집중해 온 경험을 자랑하는 Shenzhen KGL이 리소그래피 업계의 거물들이 요구하는 가장 엄격한 기술 기준을 충족할 수 있는 국내 유력 공급업체로 부상했습니다.

전례 없는 가공 사양으로 인해 심각한 기술적 난관에 직면

ASML이 주문한 맞춤형 부품은 정밀 엔지니어링 분야에서 가장 엄격한 제조 테스트 중 하나를 거쳤으며, 전체 설계 사양은 아래 표에 자세히 나와 있습니다.

제조팀은 SUS304 오스테나이트 스테인리스강의 세 가지 고유한 단점에 직면하는데, 이는 고정밀 박판 가공을 어렵게 만듭니다. 첫째, 이 소재는 절삭 작업 중 심한 가공 경화 현상이 발생하여 공구 마모를 가속화합니다. 2024년 중국 기계공학 저널에 발표된 중앙남대학교 잔리화(Zhan Lihua) 교수 연구팀의 연구에 따르면, 이 합금은 변형률 증가에 따른 강도 증가 특성을 분명히 보여줍니다. 즉, 항복 강도가 변형률 0.00067 s⁻¹에서 280 MPa에서 1.0 s⁻¹에서 370 MPa로 증가합니다.

둘째, SUS304의 열전도율은 15W/(m·K)에 불과하여 탄소강의 약 3분의 1 수준입니다. 절삭열이 가공면에 집중적으로 축적되어 0.3mm의 초박형 벽면에 0.02mm에서 0.05mm에 이르는 열 변형을 유발합니다. 셋째, 올슨-코헨 운동 모델에 따르면 진변형률이 0.27을 초과하면 변형 유도 마르텐사이트 변태가 발생하여 2차 경화가 일어나고 가공성이 더욱 저하됩니다.

맞춤형 5단계 프로세스로 핵심 생산 병목 현상 해결

이러한 재료 및 구조적 문제를 극복하기 위해 KGL R&D 팀은 자체 개발한 5단계 제조 워크플로우를 개발했습니다. 이 워크플로우는 황삭 가공 → 20±0.5℃의 일정 온도에서 24시간 자연 시효 → 반가공 → 열 순환 응력 완화(-40℃ ~ +80℃) → 정밀 가공으로 구성됩니다.

엔지니어들은 또한 각 생산 단계별로 목표 절삭 매개변수를 조정하고, 표에 자세히 설명된 바와 같이 이에 맞는 냉각 솔루션을 설정했습니다.

또 다른 핵심 혁신은 40~60kPa의 진공 흡착과 보조 지지대를 통합한 복합 고정 장치에 있습니다. 12차례의 반복적인 최적화를 통해 클램핑 변형을 0.015mm에서 0.003mm 미만으로 줄였습니다. 초미세 Φ0.1mm 마이크로홀 가공을 위해 기술자들은 센터 드릴링, 홀 확장 및 리밍으로 구성된 3단계 드릴링 공정을 채택했으며, 여기에 펙 드릴링 사이클과 70bar 이상의 고압 냉각수를 사용하여 금속 칩을 완전히 제거했습니다.

대량 생산을 통해 안정적이고 우수한 품질 지표를 제공합니다.

엄격한 배치 테스트를 통해 모든 완제품이 ASML의 공식 기술 요구 사항을 능가하는 성능을 보이며, 품질 검사표에 일관된 생산 안정성이 반영되어 있습니다.

모든 주요 기하학적 지표가 0.01mm 허용 오차를 충족하며, 모든 CPK 공정 능력 값은 신뢰할 수 있는 대량 생산의 기준인 1.47을 초과합니다. 또한, 회사는 연속 생산 배치 전반에 걸쳐 99.8%의 완제품 수율을 유지하고 있습니다.

급증하는 국내 정밀 가공 수요, 국산화 진전 촉진

중국 정밀가공 산업은 2025년 시장 규모가 4,872억 위안에 달할 것으로 예상되며, 이는 전년 대비 7.3% 성장한 수치입니다. 이 분야 내에서 반도체 장비 제조업체들은 정밀 부품 구매에만 387억 위안을 지출할 것으로 전망됩니다. 산업 통계에 따르면 핵심 반도체 제조 장비의 국산화율이 지난해 35%에서 42%로 상승하면서, 우수한 국내 정밀가공 기업에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

심천 KGL 전기기계의 후차오성 사장은 회사의 기술 혁신팀을 이끌고 있습니다. 기계공학 학사 학위와 네덜란드 NLBA 경영대학원에서 박사 학위를 취득한 그는 정밀 가공 분야에서 26년간의 실무 경험을 쌓았습니다. 그의 리더십 아래, 회사는 반도체, 의료기기, 항공우주 분야를 아우르는 글로벌 고객들에게 맞춤형 고정밀 제조 솔루션을 제공하고 있습니다.

후 회장은 KGL이 ASML의 공급망에 합류한 것은 중국 국내 초정밀 가공 역량 강화에 있어 중요한 돌파구라고 언급했다. 그는 "이번 성공은 국내 제조업체들이 반도체 핵심 부품에 대한 가장 까다로운 국제 표준을 충족할 수 있음을 입증하는 것"이라며, "앞으로도 중국 반도체 장비 산업의 국산화 확대를 지원하기 위해 공정 기술을 지속적으로 업그레이드해 나갈 것"이라고 밝혔다.