최근 전 세계적으로 기술 패권 경쟁 격화로 인하여 한국의 반도체 산업은 중대한 도전에 직면해 있다. 미국 중심 반도체 공급망 리스크로 반도체 산업 주요국은 자체 내재화 정책을 펼치고 있으며, 우리나라 또한 반도체 산업 내재화에 당면하고 있는 상황이다.

특히 반도체 파운드리 부분이 새로운 동력으로 급부상되고 있으며, 파운드리 부분 현재 업계 1위인 대만 TSMC와 2위인 삼성전자의 경쟁구도가 심화되고 있는 가운데, 삼성전자에서 지난해 6월, 세계 첫 3㎚ 파운드리 양산에 성공하면서 기업간의 양강구도가 더욱 심해졌지만, 그 승자가 되기 위해서는 공정 수율 매우 중요한 부분이다. 삼성전자는 3㎚ 선점효과를 기대했지만, 뒤이어 양산에 성공한 TSMC 3㎚의 수율에 뒤쳐지면서 시장 경쟁에 빨간불이 켜졌다.

수율은 반도체 기본 재료인 웨이퍼가 정상품으로 생산되는 확률을 뜻한다. 낮은 수율은 납품 기간을 늦춰 고객사에 리스크로 작용한다. 최근 반도체 분야 주요 항목으로 각광받고 있는 차세대 반도체 공정 시 품질을 검증하는 측정·분석 장비 개발에 대한 니즈가 높아지고 있다.

반도체의 집적도가 지속적으로 높아짐에 따라 미세 패턴화 기술 적층 기술, TSV 기술 등이 발전하고 있으며 반도체의 집적도가 올라가고 동작 클럭(메모리 동작 속도)이 증가함에 따라 전통적 패키징 구조를 벗어난 웨이퍼 레벨 패키징 기술도 상용화가 시작되고 있다. 기존 반도체 검사 장치를 공정 후 최종 제품의 검증 burn-in 테스트와 같은 수동적 검사 수준으로 한정되어 왔으나, 공정의 정밀도 향상 장치 운용 중지에 따른 손실 방지, 반도체 기술의 패러다임 변화 등으로 보다 능동적인 공정 모니터링 기술 및 새로운 평가, 분석기술에 대한 요구가 증대되고 있다.

하지만 반도체 핵심 검사 및 공정 시스템은 주로 국외에서 수입하고 있는 실정으로 이와 관련 축적된 기술이 부족한 국내 산업 환경에서 국외에 비해 경쟁력을 확보하지, 못하고 있는 실정이다. 따라서 산/학/연을 기반으로 반도체 측정 기술의 고성능화 전략을 통해 고부가가치 중심의 반도체 관련 측정 산업의 육성이 필요한 시점이다.

특히 중소벤처기업부 조사자료에 의하면 반도체 측정/분석/검사 장치 및 부품 세계 시장은 18년 약 5,990백만 달러에서 24년 약 11,448백만 달러로 연평균 11.4%로 성장할 전망이다.

이에 따라 중소벤처기업부는 국정과제로 추진 중인 ‘고위험·고성과 R&D 추진계획’ 발표 후 6월까지 기술수요조사를 통해 기업, 대학, 연구원 등으로부터 25개 후보 과제를 접수했으며 ‘차세대 반도체 패키징에 필요한 측정 기술 개발'에 지원할 계획이다.

기술 개발 내용으로는 반도체 분야에서는 300㎜ 웨이퍼 복합 다층박막 초정밀 두께 측정 기술로, 차세대 반도체 기술인 3차원 패키징 과정에서 필요한 측정 기술로 300㎜ 웨이퍼 반도체 제조공정에 적용할 수 있는 인라인(In-Line) 기술이다. 특히, 기술개발 시 경쟁국 주요사 대비 국내 반도체 경쟁력 확보 및 수입 대체 효과가 클 것으로 기대되는 도전적인 연구라 볼 수 있다.

이에 다년간의 초정밀 가공/연마/측정 연구 한국폴리텍대학 반도체융합캠퍼스 이정원 교수는 정부 주도적인 반도체 측정 기술 및 장비개발이 활발히 이루어지게 되면 전반적인 수율향상 및 이윤을 늘리고 새로운 반도체 시장에서 우위를 확보가 가능하다 기대해 본다.