일본의 수출규제 소재는 어떤 방향으로 나아가고 있을까
일본의 수출규제 소재는 어떤 방향으로 나아가고 있을까
  • 성대신문
  • 승인 2020.09.21 15:03
  • 호수 1667
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반도체 산업에서 중요한 소재인 불화수소와 포토레지스트
일본 수출규제 이후 국산화 활발히 진행

지난해 7월 1일 일본 경제산업성은 반도체·디스플레이 공정에서 사용되는 △불화수소 △불화 폴리이미드 △포토레지스트 3개 품목에 대한 수출규제를 시행할 것이라고 발표했다.

이 3가지 품목은 반도체 공정과정 중 어디에 사용되는 것일까? 이 3가지 품목의 국산화는 어디까지 완성됐으며 이들의 완전한 국산화를 위해서는 어떤 노력을 해야할까?

반도체와 전기에 자극을 받아 빛을 내는 물질인 유기발광다이오드(OLED) 패널 제조에 핵심적으로 사용되는 소재에는 △불화수소 △불화 폴리이미드 △포토레지스트 3가지 품목이 있다. 일본은 그동안 이 3가지 품목에 대해 일정기간 동안 한국에 계속 수출할 수 있도록 하는 포괄수출허가를 유지했다. 하지만 일본은 지난해 이 셋을 개별 품목에 대해 승인을 받아야 하는 개별수출허가로 변경했다. 이에 이 세 가지 품목의 수급 위험이 커져 대외 의존을 낮추고 경쟁력을 강화해야 할 필요성이 대두됐다. 특히 불화수소와 포토레지스트는 반도체 제조공정 중 핵심적인 과정에서 사용되기 때문에 수급의 안정성과 품질이 중요하다.

회로를 새기고 깎는 반도체 공정과정
불화수소와 포토레지스트는 반도체 제조공정 과정 중 판 위에 집적회로 패턴을 새길 때 사용된다. 집적회로 패턴을 판 위에 남기기 위해서는 사진 전사공정과 식각공정이 필요하다. 사진 전사공정은 화학용액이나 가스를 이용해 실리콘 판의 필요한 부분만 남겨놓고 나머지 물질을 제거하는 공정이다. 이때 포토레지스트가 사용된다. 포토레지스트는 빛을 비추면 화학변화를 일으키는 감광제를 일컫는다. 이 공정을 위해서는 먼저 산화막이 형성된 판 위에 포토레지스트를 떨어뜨리고 고속으로 회전시켜 발라야한다. 그 위에 스텝퍼라고 불리는 빛을 비추는 장치를 이용해 자외선을 비추면 판 위에 집적회로 패턴만 남게 된다. 여기에서 빛이 닿은 부분이 남아있는 감광제를 네가형 포토레지스트라 부르고 빛이 닿는 부분이 사라지는 감광제를 포지형 포토레지스트라고 한다.

이렇게 패턴을 만든 후에는 본 그림을 그려야 한다. 이를 위해 씌워뒀던 산화막을 제거하는 과정을 식각공정이라고 한다. 이 공정은 회로의 불필요한 부분을 깎아내는 과정이다. 식각공정에는 건식식각과 습식식각이 있다. 건식식각은 기체가 초고온 상태로 가열돼 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리되는 플라즈마 상태를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 없애는 방식이다. 습식식각은 용액성 화학물질과 접촉하게 해 감광액이 없는 부분만 깎아내는 방식이다. 불화수소는 이 중 건식식각에서 사용되는 부식성 기체다. 불화수소를 이용해서 포토레지스트가 남아있는 부분은 남겨 두고 나머지 부분은 모두 없앤 후 위에 남아 있는 포토레지스트를 제거해주면 판 위에 집적회로 패턴이 남게 되는 것이다.

불화 폴리이미드는 열 안정성과 강도 등의 특성을 강화한 폴리이미드필름이다. 폴리이미드필름은 영상 400℃ 이상의 고온이나 영하 269℃의 저온을 견디는 얇고 굴곡성이 뛰어난 첨단 고기능성 산업용 필름을 뜻한다. 불화 폴리이미드는 반도체 패키징, 스마트폰과 TV용 LCD(액정표시장치) 등을 생산할 때 광범위하게 사용된다. 특히 불화 폴리이미드는 플렉서블 OLED를 만드는 데 중요한 소재다. 아래쪽 기판에 유리가 사용되는 기존의 딱딱한 OLED와 달리 플렉서블 OLED는 불화 폴리이미드를 사용해 기판을 유연하게 만든다. 우리나라 기업은 불화 폴리이미드를 이용한 OLED 시장에서 큰 비중을 차지하고 있어 불화 폴리이미드의 중요성은 점차 증가하고 있다.

이렇게 중요한 소재를 모두 수입에 의존한다고?
이 3가지 소재 모두 일본의 수입 의존도가 매우 높은 상태였다. 특히 반도체 공정과정에 쓰이는 높은 순도의 불화수소와 포토레지스트는 일본 수입품에 전적으로 의존하고 있었다. 한국반도체산업협회(회장 진교영) 안기현 상무는 “일본은 우리나라보다 훨씬 이전부터 반도체 산업에 뛰어들어 기술력이 반도체 산업의 선두 국가인 미국과 비슷하다”며 “특히 반도체 소재 연구는 사업성이 없기 때문에 일본의 수출 규제 조치 이전에 일본산 소재의 의존도가 높았다”고 밝혔다. 그 대표적인 예가 불화수소다. 불화수소 연구에서 중요한 점은 순도를 얼마나 높이느냐다. 불화수소의 순도를 높이는 것은 어렵지 않지만 가격이 저렴한 편이기 때문에 연구를 진행하지 않고 질이 좋은 일본산 소재를 사용해왔다. 다만 포토레지스트는 다르다. 포토레지스트는 반도체 관련 기술 중에서도 난이도가 상당히 높은 편에 속하기 때문에 일본산 소재에 의존을 할 수밖에 없다.

현재 수출규제 품목들에 대한 국산화는 상당 부분 진행된 상태다. 솔브레인 등의 IT 소재 기업들은 불화수소 생산시설을 추가했으며 후성, 램테크놀러지 등 원래 불화수소를 생산하던 기업이 고농도의 불화수소를 만들기 위한 연구 개발을 도맡았다. 또한 불화폴리이미드 연구는 난이도가 높지 않아 현재 거의 대부분 국산화가 이뤄졌다. 다만 포토레지스트의 경우는 앞서 말했다시피 3가지 소재 중 국산화에 가장 시간이 오래 걸릴 것으로 예상된다. 쎄미켐, 금호석유화학이 10㎚급 포토레지스트를 생산하고 있지만 점유율이 낮고, 극자외선에 반응하는 포토레지스트 개발 능력은 부족한 것으로 평가된다.

이외에도 소재의 완전한 국산화를 위해서는 준비가 필요하다. 안 상무는 “소재 개발을 하는 기업 중 중소기업은 소재 연구에 비용이 많이 들기 때문에 상황이 좋지 않다”며 “정부 차원에서 기업의 경제적 부담을 줄여줄 수 있는 세제 혜택 등을 제공해야 한다”고 말했다.

마지막으로 안 상무는 “앞으로 소재의 국산화가 완전히 이뤄진다면 우리나라는 반도체 제조만이 아닌 산업 자체가 강한 나라가 될 수 있다”고 말하며 반도체 소재의 국산화에 대한 기대를 전했다.
 

반도체 공정과정 중 사진 전사공정과 식각공정을 나타낸 도식.
일러스트 | 정선주 외부기자 webmaster@ 

 

반도체 판 위에 회로를 새기고 있는 모습.

 

 



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