출처 : https://news.yahoo.co.jp/articles/1f4308176161968f28e5ea8327162b95bf014c47?page=1

반도체의 고속ㆍ고집적화에 초점

전자 재료 기업들이 반도체용 재료의 신제품ㆍ신기술을 활발하게 개발하고 있다. 생성형 AI(인공지능)의 보급 및 자율주행 기술의 고도화 등을 배경으로 하는 반도체 기기의 고속ㆍ대용량화와 고집적화 등에 초점을 맞춰 반도체의 이노베이션을 촉진하는 차세대 프로세스 재료 및 메모리 재료 등의 개발 속도를 높이고 있다. 미래의 수요 증가에 대비한 생산 능력 증강에 대한 투자에도 힘쓰고 있다.

<그림1> 단결정 인공 다이아몬드 기판

국제반도체장비재료협회(SEMI)의 발표 자료에 따르면, 2023년 세계 반도체 재료시장 매출액이 667억달러(약 91조5000억원)로 나타났다. 이는 역대 최고치인 2022년 727억 달러보다 8.2% 감소한 수준이다.

<그림2> 세계 반도체 재료 시장규모 추이

자료 : 국제반도체장비재료협회(SEMI)

반도체 제조 전/후공정에서 사용되는 전자 재료로는 실리콘 등의 반도체 웨이퍼 원료를 비롯하여 반도체 포트레지스트, 엣칭제, 리드프레임 재료, 봉지재, 본딩 와이어, 몰딩 수지, 반도체 제조용 고순도 가스 등 다양한 종류가 있다.

위 자료에 따르면, 2023년 기준 웨이퍼 재료 관련 매출은 전년 대비 7.0% 감소한 415억달러, 패키징 재료 관련 매출은 10.1% 하락한 252억달러로 나타났으며, 국가별 매출을 보면 대만 1위(192억달러), 중국 2위(131억달러)에 이어 한국이 3위(106억달러)에 올랐다.

다음 니즈에 대한 대응

전자 재료 기업은 스마트폰이나 웨어러블 기기 등의 고성능 모바일 단말기나 차세대 자동차, 산업 기기, 서버/데이터센터, 신에너지 관련 등의 애플리케이션 기술의 발달이 촉진되는 반도체 기술 혁신에 초점을 맞춰 차세대 니즈에 대응하는 재료를 개발한다.

특히 AI가 촉진하는 서버/데이터센터의 고속ㆍ대용량화 및 ADAS/자율주행 기술의 고도화, 차세대 정보통신 단말기, 차세대 인프라 등에 대응하는 반도체의 미세화 및 고성능화를 지원하는 기술을 개발하는 데 주력한다. 기기의 고성능화 및 탈탄소/탄소 중립에 대한 니즈에 대응하는 차세대 파워 디바이스용 재료도 개발하고 있다.

파워 반도체를 대상으로는, 차량 탑재ㆍ산업기기 시장에서의 에너지 절약ㆍ고효율화라는 니즈에 대응하는 차세대 반도체 소재로서 SiC(탄화규소) 재료 및 GaN(질산갈륨) 재료 등의 화합물 반도체 재료를 개발하고 생산 능력을 강화하려는 움직임이 활발해지고 있다. 또한 SiC 및 GaN보다 비용성이 뛰어난 와이드 밴드 갭 재료로서 산화갈륨(Ga₂O₃) 기술도 개발하고 있다.

산화갈륨 반도체는 Si 반도체에 비해 소비 전력을 줄일 수 있으며, SiC 재료 등에 비해 결정의 성장 속도가 빨라 제조 비용을 줄일 수 있다. 파워 반도체용 재료 기업은 이러한 차세대 파워 디바이스용 소재의 결함을 줄이기 위한 기술을 개발하는 데 힘쓰고 있다.

미세화를 뒷받침하는 차세대 노광 기술 ‘EUV’

반도체 노광 프로세스에서는 반도체 칩의 미세화를 뒷받침하는 차세대 노광 기술 ‘EUV(극단 자외선)’ 기술의 개발이 활발하다. EUV 리소그래피에서는 장파 13.5나노미터의 EUV를 광원으로 삼음으로써 수 나노미터의 회로 패턴을 실리콘 웨이퍼에 형성할 수 있다. EUV 리소그래피는 7나노미터 프로세스 세대 이후의 로직 반도체 및 메모리 반도체에 꼭 필요한 기술로서 일부 반도체 기업에서 실용화되고 있으며, 향후 시장이 비약적으로 확대될 것으로 보인다.

그러므로 반도체 포토레지스트(감광재료) 기업은 첨단 노광 기술인 EUV 및 ArF(불화아르곤), KrF(불화크립톤) 레지스트 등의 기술 개발 및 생산 설비 증강에 대해 활발히 투자하고 있다.

EUV 펠리클(포토마스크 방진 커버)에서는 가혹한 노광 환경에 대응하고 투과율이 높아야 한다는 니즈에 대응하는 차세대 EUV 펠리클을 개발하고 있다. 기존의 실리콘계 막 펠리클에 더해 가혹한 노광 환경에 대응하고 투과율이 높아야 한다는 니즈에 답하는 차세대 노광용 CNT(카본 나노 튜브) 펠리클 등의 기술도 개발되고 있다.

최근에는 데이터센터의 성능이 향상되고 설치 대수가 급증함에 따라 데이터센터에서 소비되는 전력량의 증가가 사회적 과제가 되고 있어, 데이터센터의 전력 부담을 줄이는 데 도움을 주는 광통신 기술(실리콘 포토닉스)이 확대될 것으로 기대되고 있다. 이러한 움직임에 대응하여 광반도체용 재료 기술도 활발하게 개발되어, InP(인듐인) 등의 광반도체를 실리콘 기판상에 실장하기 위한 전사 재료나 캐치 재료도 개발되고 있다.

최근의 반도체 시장에서는 5G나 생성형 AI, 자율주행, 원격 의료 등의 기술 혁신이 이루어지고 있으며, 전공정인 웨이퍼 프로세스의 나노 초미세화뿐 아니라 후공정인 반도체 패키징 프로세스에도 주목하고 있다. 패키징 프로세스의 몰드 공정용으로, 독자적인 기술을 개발함으로써 금형의 얼룩을 대폭 억제하고 최첨단 반도체 제조의 가동률을 높이는 데 기여하는 첨단 반도체용 몰드 이형 필름 등이 개발되고 있다.

MI 등을 활용하여 DX

전자 재료 기업들이 AI와 MI(머티리얼 인포매틱스) 등을 활용하여 업무의 EX(디지털 트랜스포메이션)를 추진하는 속도도 빨라지고 있다. 이로 인해 연구개발의 효율 향상과 신소재의 신속한 시장 투입을 추구하고 있다.

더욱이 여러 종류의 AI를 이용하여 복잡한 구조를 가진 재료의 데이터를 처리하여 고속ㆍ고정밀하게 다양한 기능을 예측하는 멀티모달 AI 기술을 통해, 기존에는 AI를 적용할 수 없었던 복잡한 재료계를 개발할 때도 AI를 적용하게 되었다. 제조 면에서는 AI를 활용하여 혁신적인 생산 기술을 개발함으로써 설비 고장을 예방하고 품질 이상의 원인을 규명하고 있다.

반도체 재료를 취급하는 기업으로는 종합 화학 기업 및 전자 재료 부문 기업을 비롯하여 철강 기업 및 비철금속 기업, 세라믹 기업, 섬유계 기업, 유리 기업 등 다채로운 배경을 가진 기업이 있다.