'특이점' 도달한 반도체 공급망…삼성·SK "소재 품질 무엇보다 중요"

SMC코리아 2021 개막…주요 반도체 업체 기조연설

▲IBM이 만든 2나노미터 반도체 칩이 들어간 웨이퍼. 로이터연합뉴스

반도체 미세공정 기술이 빠르게 발전하고 있는 상황에 발맞춰 소재·재료 업계의 획기적인 품질 관리 향상이 요구된다는 분석이 나왔다.

김윤호 삼성전자 파운드리 소재기술팀장은 12일 국제반도체재료장비협회(SEMI)가 온라인으로 진행한 ‘SMC 코리아 2021’ 기조연설에서 이같이 말했다.

김 팀장은 현재 반도체 공급망이 ‘특이점’에 도달했다고 분석했다. 미세공정화가 굉장히 빠른 속도로 진행된 동시에, 소재 품질을 놓고 ‘보이지 않는 싸움’을 해야 하는 경우도 늘어났다는 것이다.

“겨울이 오고 있다, 그러나 기회 또한 오고 있다”(Winter is coming, but also opportunity is also coming)라는 인기 드라마 ‘왕좌의 게임’ 속 한 구절에도 빗댔다. 반도체 산업에 예상치 못했던 위험 요인들이 산재해 있지만, 미리 대비한다면 그에 상응하는 대가를 얻을 수 있을 것이라는 메시지다.

가장 대표적인 위험 요인은 미세공정화에 따른 소재 불량 민감도 증가다. 같은 정도의 소재 불량이더라도 미세공정 하에선 그 피해가 더욱 크기 때문이다.

김 팀장은 “소재 분석 과정에서 잡아내지 못하지만, 디바이스엔 피해를 줄 수 있는 민감도가 점차 높아지고 있다”라며 “5나노, 3나노에 이어 2나노까지 기술 발전이 빠르게 진행되고 있는 만큼 미리 준비해야 한다”라고 강조했다.

이어 “예전과 오늘의 품질 관리 정의가 달라진 점도 눈여겨봐야 한다”라며 “예전 마진 기준으론 공급할 수 있었던 소재의 풀이 다양했지만, 현재에 와선 풀이 좁아지고 요구 조건도 까다로워졌다”라고 설명했다.

또 다른 위험 요소는 최근 반도체 밸류체인 전반으로 확산한 품귀 현상이다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 팬데믹으로 반도체 슈퍼사이클이 예상보다 빠르게 도래한 데 따른 것이다.

김 팀장은 “고객사와 칩 메이커가 (소재 기업에) 요청하고 있는 소재의 양도 기하급수적으로 증가하고 있다”라며 “질뿐만 아니라 양까지 같이 챙겨야 하는 상황에서, 이를 어떻게 미리 준비할 수 있을지가 소재 산업의 큰 화두가 될 것”이라고 내다봤다.

▲성윤모 산업통상자원부 장관(왼쪽)이 14일 오후 서울 관악구 서울대학교 반도체공동연구소에서 연구원과 메탈이 증착된 반도체 웨이퍼의 표면을 검사하고 있다. (연합뉴스)

이때 소재 기업엔 원재료(raw material) 면에서도 철저한 SCM(공급망관리) 제어가 요구된다. 기술적인 문제로 공장이 멈추거나, 천재지변으로 생산에 문제가 생기는 상황은 언제나 도래할 수 있다. 심지어 급변하는 국제정세 상황에선 정치적인 요인도 수급에 차질을 일으킬 수 있다.

김 팀장은 “소재 산업에선 아직도 원료가 소재화되기까지 공급망 틈새가 너무 벌어져 있는 경우가 많다”라며 “이를 좁히기 위해 TF 등을 꾸려서라도 최대한 노력해야 한다”라고 분석했다.

그러면서 "철저한 사전점검과 품질 이상을 잡아낼 수 있는 새로운 차원의 분석법이 필요하다"라며 "지금까지 생각하지 못했던 부분도 소재·재료 기업과 고객사가 함께 고민해야 할 시기"라고 끝맺었다.

이어진 발표에서 강현구 SK하이닉스 R&D센터 소재개발팀장은 D램과 낸드 기술 등 메모리 기술 개발 현황을 소개하면서, 이에 따라 바뀌고 있는 소재 산업 방향성을 언급했다.

강 팀장은 "D램에선 계속해서 스케일 다운, 낸드에선 3D 스택 업(적층)이 진행되고 있는 상황"이라며 "기술 개발이 진행될수록 양산 과정에서 소재와 관련한 여러 문제점이 발견되고 있다"라고 했다.

이어 "이에 소재 개발 단계에서부터 양산 당시 발생할 수 있는 이슈를 자세히 점검하고, 편차를 뽑아 검증하는 방향으로 가고 있다"라며 "이 과정에서 소재 기업과 칩 메이커 간 협력이 있다면 효율적으로 (개발) 시간을 단축할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이날 문을 연 SMC코리아 2021에선 반도체 산업 주요 이슈인 극자외선(EUV), 패키징, 파운드리 등의 측면에서 바라본 재료·소재 혁신에 대한 수 개의 발표가 진행됐다. 삼성전자와 SK하이닉스 외에도 아이맥(imec), 인텔, KLA 등이 연사로 참여했다.