▲ 이성민 세라믹기술원 엔지니어링세라믹센터장이 반도체 장비용 세라믹 개발 동향에 대해 발표하고 있다..

세계적인 반도체 장비회사들의 세라믹소재부품 공급 다변화와 중국 반도체 시장 성장이 우리나라 세라믹 소재부품산업의 기회와 위협으로 다가오고 있어 시급한 대응이 필요한 것으로 나타났다.

고용노동부의 국가인적자원개발컨소시엄사업을 수행하고 있는 한국세라믹기술원은 ‘2016년 국가인적자원개발 컨소시엄사업’의 일환으로 2월3일부터 4일까지 세라믹기술원 서울 서초 교육장(한국건설생활환경 시험연구원 3층)에서 ‘구조세라믹 최신기술 및 시장동향’ 교육을 실시했다. 3일 교육에서는 이성민 세라믹기술원 엔지니어링세라믹센터장이 ‘반도체 장비용 세라믹의 개발 동향’에 대해 발표했다.

반도체 공정에 필요한 에칭장비 내부에는 가혹한 환경, 즉 고온과 내화학성을 견딜 수 있는 세라믹 소재의 내벽과 외벽이 설치돼 있고 세라믹 정전척(ESC), 세라믹 로봇 블레이드 등이 들어가 있다. CVD(화학증착) 장비에는 400도 이상 급가열, 급냉각을 견딜 수 있는 AlN(질화알루미늄)히터 등이 주요 부품으로 들어가며 국내 반도체 디스플레이용 세라믹 소재부품 시장은 약 9천억원으로 추정되고 있다.

최근 반도체용 세라믹소재부품 시장을 주도하던 일본기업들이 장비개발에 적절히 대응하지 못하면서 장비업체들이 한국 세라믹소재부품을 주목하고 있다. 일본 기업들은 고가격 정책을 유지하면서 납기지연이 빈번하고 고객사의 요구에 대응도 느린 것으로 알려져 있다.

특히 장비회사들은 히터, ESC 등 장비에 필요한 핵심 세라믹 부품에 대해서는 잘 모르기 때문에 일본회사에 의지하고 있어 가뜩이나 경쟁이 심한 장비시장에서 개발속도가 느려진다는 것은 치명적이다. 또한 일본 반도체 기업들이 침체에 빠지면서 일본 세라믹관련 업체의 자체 경쟁력도 약화되고 있다.

이에 세계 5위권내 반도체 장비회사인 어플라이머티리얼즈(AMAT)와 램리서치는 에칭, CVD장비에 들어가는 세라믹부품을 기존엔 일본산에 의지했으나 최근 한국산 도입을 적극적으로 검토하고 있는 것으로 알려지고 있다.

이성민 센터장은 “한국 세라믹소재부품은 일본산에 비해서는 수준이 조금 떨어질 뿐이지 국내 반도체산업 발전과 함께 신뢰성과 품질을 확보했고 가격과 고객대응에서도 경쟁력을 갖췄다”며 “AMAT 등 기업들의 까다로운 요구조건을 충족하는데 2년 이상이 걸리지만 일단 통과하면 수십~수백억대 매출이 보장된다”고 밝혔다.

반도체 장비용 세라믹부품을 만드는데 사용되는 소재로는 SiO2(쿼츠), Al₂O₃(알루미나), Si(실리콘), SiC(탄화규소), C(그라파이트), AlN, Y₂O₃(산화이트륨) 등이 있다. 현재 반도체 공정 발전에 따라 세라믹 소재도 변화가 감지되고 있다. CVD 장비에 들어가는 캐소드, 보트, 포커스링 등 세라믹부품은 플라즈마 식각특성 개선과 파티클 감소를 위해 기존 Si를 대체해 내플라즈마성이 높은 고순도 SiC가 적용되고 있고 공정상 발생하는 파티클을 줄이기 위해 코팅재를 Y₂O₃에서 YF₃(플루오린화 이트륨)로 바꾸고 있다.

웨이퍼의 온도 균일도 확보 역할을 하는 ESC의 경우 위치별 웨이퍼 온도 제어와 내플라즈마성 개선 등이 요구되고 있다. 이에 현재 사용되는 Al₂O₃ 소재 대신 고유전율, 내플라즈마 식각 저항성이 높은 소재가 개발돼야 하나 특허 장벽이 매우 높다는 문제점이 있다.

AlN히터는 급가열, 급냉각이 핵심이기 때문에 고온·고저항 소재, 내플라즈마식각 저항 코팅이 필요하다. 챔버내에서는 200~300도 정도로 냉각시켜 NF₃(삼불화질소)로 세정하는데 이 과정에서 AlN 히터에 파티클이 생기기 때문에 이를 방지하기 위한 내플라즈마식각 저항 코팅이 시도되고 있다.

이러한 세라믹소재부품의 변화에 따라 국내 세라믹 관련 기업들의 경쟁력 강화도 요구되지만 대부분 수익이 크게 발생하지 않아 좋지 않은 상황이어서 대응이 어려운 것이 현실이다. 여기에 중국이 반도체산업 육성과 더불어 자국내 소재부품 기업에도 투자를 진행함에 따라 몇 년후엔 중국기업들의 추격도 가속화 될 우려가 크다. 중국은 현재 64조원에 달하는 자국내 반도체 산업 매출을 2020년에 약 160조원으로 연평균 20%씩 성장시킨다는 계획을 가지고 대규모 투자에 나서고 있다.

이성민 센터장은 “국내에 고급 세라믹 소재부품 시장은 아직 미약한 상황에서 시장을 선점하기 위해 반도체 장비 및 소자 업체와의 협업 및 상생과 함께 정부의 지원도 늘어나야 한다”고 강조했다.

한편 국가인적자원개발 사업은 기업 재직자 및 채용 예정자들을 대상으로 이론 및 실습교육을 통해 기업의 경쟁력을 높이기 위한 사업이다. 세라믹분야 국가인적자원개발 사업은 전액 무료로 진행되고 있으며 세라믹기술원 진주 본원, 서초교육장, 이천분원, 부천 시험분석센터 등에서 이론 및 실습 교육이 실시되고 있다.

올해 교육 일정확인과 접수는 홈페이지(http://kicethrd.re.kr)와 이메일(hrd@kicet.re.kr)을 통해 할 수 있다. 기타 자세한 사항은 서초 교육장(070-4526-7871)으로 문의하면 된다.