'반도체 소부장 국산화' 1년 반…12인치 제품 검증 국내서 한다

[르포]나노종합기술원 '12인치 반도체 테스트베드' 가보니

나노종합기술원 12인치 반도체 테스트베드가 구축된 청정실, 핵심장비인 불화아르곤 이머전 스캐너와 오토트랙이 놓여져 있다/사진=나노종기원

“이제 국내 중소기업들이 원하는 시간에 해외에 나가지 않고도 불화수소·불화폴리이미드·포토레지스트 등을 충분히 시험 검증할 수 있게 됐다.”

15일 오전 방문한 대전 유성구 카이스트(KAIST) 내에 위치한 나노종합기술원(이하 나노종기원). 국내 반도체 소재 기업의 국산화 지원 및 시스템반도체 육성 등을 위한 R&D(연구·개발), 생산 품질 검증, 전문인력 교육 등을 모두 아우르는 과학기술정보통신부 직할 정부출연연구기관이다. 지난해 일본의 수출규제를 계기로 추진된 반도체 소부장(소재·부품·장비) 자립화 사업이 1년 반 만에 본궤도에 올랐다. 소부장 관련 국내 기업에 필요했던 12인치(300mm) 웨이퍼(반도체 기판) 테스트베드가 국내 처음으로 구축되면서다. 나노종기원은 이날 내년 1분기부터 본격 가동할 12인치 반도체 테스트베드를 언론에 공개했다.

반도체 제조 핵심장비인 ‘불화아르곤 이머전 스캐너’(Arf Immersion Scanner) 등 10종의 핵심장비가 이곳 연구시설 1·2층 청정실 팹(반도체 생산라인) 2479㎡(약 750평) 규모의 공간에 5대씩 나뉘어 설치됐다. 이곳에선 국내 중소·중견기업이 개발한 반도체 핵심 소재의 성능과 양산 가능성을 평가하고, 통과하면 삼성전자나 SK하이닉스 등 수요기업에 연계해준다. 나노종기원에 따르면 이 사업에 지난해부터 2022년까지 총사업비 450억 원이 투입된다. 세부적으론 장비 구축에 385억 원, 청정실 증축 및 기계설비장치 구축에 42억 원, 12인치 반도체 장비 활용을 위한 단위·모듈 공정과 특화공정 개발에 22억 원이 각각 들어간다. 김진수 나노종기원 분석평가부장은 “12인치 반도체를 활용하면 기존 8인치보다 더 많은 반도체 생산이 가능하므로 현재 삼성전자나 SK하이닉스 등의 반도체 산업현장에서 널리 쓰이고 있다”며 “관련 국내 중소·중견기업이 만든 소재 제품의 성능·서비스를 검증할 인프라가 여기 다 모여있다”고 말했다.

나노종합기술원 내 12인치 반도체 테스트베드가 구축된 2층 청정실, 화학증착장비(PE-CVD)등이 놓여져 있다/사진=나노종기원

1층 패터닝 장비실에 들어서자 10여 명의 직원이 장비 테스트로 분주한 모습이었다. 장비 중 가장 고가인 불화아르곤 이머전 스캐너가 시선을 사로잡았다. 1대에 800억~1000억 원대로 중소기업이 보유하기 어려운 장비다. 나노종기원은 삼성전자로부터 이 스캐너를 유휴 장비 개념으로 200억 원에 들여왔다는 설명이다. 이 장비는 빛을 쪼여 패터닝 하는 반도체 소재인 포토레지스트(감광제)를 평가할 수 있다. 이와 함께 반도체 측정 장비(CD-SEM), 식각 장비(Etcher), 감광액 박리장비(PR Asher), 오토 트랙(Auto Track) 등의 장비가 나란히 배치됐다.

2층 증착 장비실에는 반도체 두께를 측정할 수 있는 장비(Thickness Measure)와 화학증착장비(PE-CVD), 물질을 가열하거나 녹이는 장치인 퍼너스(Furnace) 등이 놓여 있었다. 김진수 부장은 “삼성전자, SK하이닉스의 생산시설과 거의 동등한 환경”이라고 설명했다.

양준모 나노종기원 나노융합기술본부장은 “기존에 국내 기업들은 일본 수출 규제 이후 벨기에 나노전자연구센터 아이맥(IMEC)을 통해 10억 원대 맴버십에 가입한 뒤 시간당 1000만~2000만 원의 비용을 치루며 성능 검증 시험을 받고 있는데 비용이 너무 비싸 이용에 한계가 있었다”면서 “앞으로는 이곳에서 원하는 시간에 예약해 작업을 진행할 수 있고, 비용도 50~60% 할인된 가격에 받을 수 있다”고 설명했다. 이어 “동진쎄미켐, SK머티리얼즈 등 기존 8인치(200mm) 반도체 테스트베드 지원을 받았던 국내 기업 중심으로 내년 1분기 예약이 몰린 상황”이라며 “국내 관련 기업 100여개 업체가 혜택을 누리게 될 것”이라고 덧붙였다.

나노종기원의 12인치 테스트베드 사업은 총 3단계로 나뉜다. 우선 사업 첫 해(2021~2022년)엔 40㎚급 반도체 패턴 웨이퍼 제작 서비스를 본격화하고 2차년도(2023~2025년)엔 340억 원을 지원 받아 추가 장비를 들여와 서비스 분야를 보다 확대할 계획이다. 기술적 난도가 높아 일본산에 의존해온 극자외선(EUV) 감광제, 반도체 원판 평탄화 작업에 필요한 액체인 CMP 슬러리 등 소재 지원 범위도 대폭 늘리기로 했다.


또 향후 40nm(1mm는 10억 분의 1m)급 패터닝 공정정 기술에서 20nm급 다층 공정 테스트 시설을 추가 구축해 지금보다 더 작고 집적도는 높은 반도체 생산에 도움을 주는 것을 목표로 하고 있다.

이조원 나노종기원장은 “올해 중소기업의 원내 장비 이용 건수는 3만4357건, 서비스 제공 건수는 1만6738건으로 이용률이 매년 늘고 있다”며 “시스템 반도체, 바이오·헬스 서비스 기반이 될 반도체, 사물인터넷(IoT) 센서 제품화 지원 등으로 기업현장의 애로 기술을 해결하는데 힘쓰겠다”고 강조했다.