▲ ‘반도체 식각공정용 쿼츠글라스 NNS 실린더 제조 기술개발’ 과제를 총괄하는 세라믹산업연구조합 김형태 상근부회장(앞줄 左 두 번째)과 참여기업 관계자들이 기념촬영에 응하고 있다.

케이텍·쿼츠테크놀로지·에스티아이·금강쿼츠·세메스 등 참여, 비용 40% 절감·상용화 목표

한국세라믹산업연구조합이 국내 반도체 소재·부품·장비기업과 함께 반도체 초미세 공정 수율을 결정짓는 핵심 소모품인 ‘쿼츠글라스 NNS(Near Net Shape) 실린더’ 국산화를 본격 추진해, 소재 공급망 안정화에 기여할 전망이다.

한국세라믹산업연구조합(이사장 이종근, 이하 연구조합)은 지난 6월11일 경주 켄싱턴 호텔에서 산업통상부가 지원하고 한국산업기술기획평가원(KEIT)이 전담하는 ‘반도체 식각공정용 쿼츠글라스 NNS 실린더 제조 기술개발’ 과제의 1차년도 추진 계획 킥오프 미팅을 성황리에 개최했다고 밝혔다.

이날 행사에는 총괄 주관기관인 연구조합을 비롯해 세부 주관기관인 케이텍(K-TECH), 쿼츠테크놀로지, 에스티아이와 수요처인 세메스, 금강쿼츠 등 산·학·연 관계자 20여 명이 참석해 과제가 완료되는 2030년까지의 마일스톤과 기관 간 연계 방안을 확정했다.

현재 반도체 공정용 쿼츠 원소재 시장은 독일, 일본, 미국 등 글로벌 선진 기업들이 90% 이상을 독점하고 있다. 특히 최근 생성형 인공지능(AI) 시장 확산과 HBM 및 2나노 이하 공정 도입으로 식각 부하가 급증하면서, 쿼츠 부품의 조기 마모에 따른 수급 불안정 문제가 국내 반도체 공급망의 최대 리스크로 부상하고 있다.

이에 연구조합이 중심이 된 컨소시엄은 이번 기술개발 과제를 통해 가공 전 제품 형상에 가장 가깝게 초고속 용융·성형하는 세계적인 최첨단 공법인 ‘NNS 쿼츠 성형 기술’을 확보할 계획이다.

4시간 미만의 초고속 공정은 종래의 장시간 열처리 방식으로 기포를 빼내는 것이 불가능했던 기술의 보완한 것이다. 원료 분말 단계에서부터 결함을 억제하는 공정 제어와 AI를 활용한 실시간 공정 최적화 레시피 탐색이 본 과제의 핵심 성공 열쇠다.

이번 과제에는 3개 세부 과제가 밀착 연계함으로써 원료부터 실증까지 국산화 밸류체인을 구축할 계획이다. 케이텍이 주관을 맡은 1세부 과제는 AI를 활용해 기포 발생 인자를 근본적으로 제어한 6N(99.9999%) 이상의 고순도 합성 및 천연 석영 분말 공정 기본 설계를 수행한다. 수현첨단소재(전구체), 한서대학교(내플라즈마 평가), 한국세라믹기술원(물성 분석 DB)이 함께 참여한다.

쿼츠테크놀로지가 주관하는 2세부 과제는 아크 플라즈마법 기반의 5N급 대형 NNS 실린더 제조 기술을 개발한다. 팩테크, 하이텍산업개발이 협력해 고온·고하중 대응 전원 및 용융 시스템을 설계하며 세메스, 금강춰츠와 함께 실증을 진행한다.

에스티아이가 주관을 맡은 3세부 과제는 화염가수분해방식(FHD)을 기반으로 한 6N급 합성 쿼츠 NNS 대형 실린더 제조 기술을 개발한다. 포항산업과학연구원(RIST), 국립금오공과대학교와 연계해 딥러닝(U-Net/PINN) 기반의 소성 열변형 및 기포 결함 예측 모델을 개발하고, 세메스, 금강쿼츠와 함께 실증을 진행한다.

이번 과제를 통해 NNS 방식의 국산화 실린더 부품을 2030년 상용화할 계획이다. 기존 대형 잉곳 중심부를 통째로 깎아내 버리던 기계적 가공 방식 대비 원자재 손실률을 60~85%에서 10~20% 수준으로 획기적으로 낮출 수 있다. 이를 통해 최종 쿼츠웨어 부품 단가를 최대 40% 까지 절감할 수 있어 국내 반도체 제조 기업들의 가격 경쟁력이 극대화할 것으로 기대된다.

과제 총괄을 맡은 세라믹산업연구조합 김형태 상근부회장은 “전량 수입에 의존하던 반도체 식각공정용 핵심 원소재를 국산화하여 공급망 자립화를 이루는 것은 국가 전략적 측면에서 매우 시급한 과제”라며, “보수적이었던 세라믹 제조 산업에 AI 융합 기술을 성공적으로 안착시켜 글로벌 시장을 선점하고 국내 반도체 소부장 생태계를 공고히 다지는데 있어서 중심역할을 하겠다”고 포부를 밝혔다.