준비된 반도체 로봇기업은 “웃을 날 남았다”

<편집자주>

반도체는 자동차와 더불어 ‘대한민국 대표산업’하면 꼭 손에 꼽히는 분야이다. 특히 우리나라는 세계 굴지의 반도체 제조사가 포진되어 있기에 반도체 장비 및 반도체 로봇기업들에게는 매력적인 시장이기도 하다. 본문에서는 반도체 공정에 대한 개략적인 소개와 더불어 최근 기술 및 시장 동향, 이에 따른 로봇기업들의 향후 전망에 대해 살펴본다.

과거 1965년 고미전자산업 설립과 함께 시작된 국내 반도체 산업이 꼭 반세기만인 2015년 현재에는 국내뿐만 아니라 글로벌 시장에서도 빼놓을 수 없는 중요한 위치에 올라섰다. 

반도체란 빛, 열 또는 불순물을 가했을 때 전기가 통하고, 이를 조절함으로써 전기전도도를 조절할 수 있는 물질이다. 

일반적으로 정보를 저장할 수 있는 메모리반도체와 정보 저장 없이 연산, 제어기능을 지니는 시스템반도체로 분류되며, 흔히 ‘산업의 쌀’로 불릴 만큼 기계·자동차·항공 등 산업 전반에서 활용되고 있다.

우리나라가 강세를 보이고 있는 메모리반도체 산업의 성공 요인 중 하나는 원가경쟁력이다. 치킨게임 양상을 띠는 메모리반도체 시장에서 국내 반도체제조사들은 첨단 공정기술과 최고의 수율 및 생산성을 통해 제조비용을 줄여나가고, 더불어 적극적인 투자로 규모의 경제를 실현함으로써 글로벌 시장에서의 경쟁 우위를 확보했다. 

글로벌 반도체제조사의 등장은 곧 반도체장비 제조업체, 나아가 반도체 로봇 제조업체들이 한국시장을 주목하는 이유가 됐다.

더 좁은 곳에 더 많은 집적회로를!

반도체는 디지털 정보화 시대를 주도하는 전자 및 정보산업의 핵심 부품으로서, 이는 반도체 기술력이 곧 기존의 산업에서부터 최첨단 산업까지 경쟁력을 좌우한다는 말과 일맥상통한다. 

그간 ‘무어의 법칙’에 따라 반도체의 소자 성능 및 단위면적당 집적도 향상을 목표로 급격한 미세화가 진행되었으나, 최근에는 반도체 소자 관련 기술이 한계에 봉착할 것이라는 전망이 지배적이며, 이에 따라 새로운 소자의 개발은 물론 미세화와 관련된 반도체 기술 개발이 업계의 이슈로 대두되고 있다. 

기존의 CMOS 기반 트랜지스터 소자의 물리적 한계와 무어의 법칙이 무너질 것이라는 전망에 따라 3D 집적기술을 활용한 노력에서부터 장기적으로는 새로운 소재 기반의 소자 개발에 대한 기대가 커지고 있다.

3D 집적기술의 주요 기술인 TSV기술은 적층된 각각의 개별 칩 코어들을 Via를 통해 미세 연결선으로 데이터가 전달되도록 하는 기술이다. 

더불어 반도체의 적용 분야의 다양화가 진행되는 가운데 RF, 바이오, 센서 등과 같은 차세대 융합기술에서의 니즈가 증대되어 기존의 양산형 메모리반도체 외에 시스템반도체 및 그린반도체 분야의 소자, 설계 기술 개발이 요구되고 있다.

시스템반도체는 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 SoC(System on Chip)으로 진화함에 따라 그 중요성이 더욱 부각되고 있고, 모바일 및 IT 기기 등의 발전과 궤를 함께하며 저전력화와 모뎀의 통합 등이 추진되고 있다. 

한편 메모리반도체 분야는 DRAM과 낸드플래시 메모리, 이 두 반도체의 특성을 결합한 이머징 메모리 등의 분야가 주요 화두가 됐다. 이머징 메모리는 DRAM의 집적도 한계인 20㎚와 낸드플래시 메모리의 한계인 10㎚를 극복하기 위해 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다. 이에 따라 반도체 장비관련 기술 역시 가격경쟁력과 성능 확보를 위한 미세화, 대구경화, 적층화 및 저전력, 친환경 기술 구현을 목표로 연구개발이 추진되고 있다. 

로봇기업들, 업계 트렌드에 따른 로봇개발 주력

앞서 언급했던 바와 같이 반도체 전공정 분야에서는 이미 기술적 한계가 도래하고 있고, 이를 타개하기 위한 새로운 기술개발 및 지속적인 미세화 등의 요구에 따라 반도체 장비가 진화되고 있어 반도체 라인에서의 설비투자는 지속적으로 이뤄지고 있으며, 반도체 로봇기업들 역시 이러한 트렌드에 따라 R&D를 진행하고 있다. 특히 몇 해 전까지는 웨이퍼의 크기가 커질 것으로 예상되어 450㎜ 웨이퍼를 핸들링할 수 있는 반도체 로봇 개발 움직임이 보였으나, 수율 확보 문제 등으로 인해 사실상 단기적으로 공정전환이 일어날 수 없다는 것이 업계의 중론이며, 최근에는 웨이퍼 사이즈의 증가 대신 미세화에 주력하며 로봇기업들 역시 이와 관련된 기술개발에 집중하고 있다.

굴지의 한 반도체 로봇 기업 관계자는 “기존에 항상 중요시 되던 장기적인 안전성, 생산성, 소형화 등의 니즈 외에도 최근에는 초미세 공정화로 인해 파티클에 대한 이슈가 높아지고 있어 존의 Edge/Vacuum Grip이 아닌 Passive 형태의 End-effector에 관심을 기울이고 있으며, 보다 더 고정도의 로봇의 개발이 필요하다”며 반도체 공정 변화를 위해서는 로봇기업들 역시 함께 노력해야 됨을 역설했다. 

한편으로는 언제나 요구되어 왔던 생산성 향상, 공정 레이아웃의 축소 등에 대응해 일부 로봇기업들은 기존 스카라 타입의 트랜스퍼 로봇과는 다른, 새로운 형태의 로봇이나 더 많은 암(Arm)을 운용할 수 있는 로봇 등을 개발해 선보이고 있다. 

이 밖에도 반도체 전공정뿐만 아니라 조립, 패키지, 검사 등을 수행하는 후공정 역시 로봇기업들이 노려야 될 중요 어플리케이션이다. 핸들링, 어셈블리, 픽 앤 플레이스 등 전공정에서 이용되던 진공 로봇과 달리 다양한 형태의 로봇이 적용될 여지가 있다.  

SEMI, 2014 웨이퍼 면적 출하량 최고치 ‘달성’

국제반도체장비재료협회(SEMI)가 최근 발표한 실리콘 웨이퍼 산업 연말 분석 보고서에 따르면 2014년 실리콘 웨이퍼 면적 출하량은 2013년 대비 11%가 증가했지만, 반면 2014년 실리콘 웨이퍼 매출액은 2013년 대비 1%가량 밖에 증가하지 않았다. 

2014년 실리콘 웨이퍼 면적 출하량은 총 100억 9,800만 제곱인치로 최고치를 기록했음에도 매출액은 오히려 낮아진 것이다.

이전까지의 기록을 살펴보면 실리콘 웨이퍼 면적 출하량 최고치는 2010년의 93억 7,000만 제곱인치였다. 한편, 매출은 2013년 75억 달러에서 76억 달러로 소폭 증가했지만 2007년 121억 달러로 최고치를 기록했던 때에 비해 37% 낮은 수준을 유지했다. 

또한 지난해 주요 기업들의 반도체 전공정 투자 동향을 살펴보면 반도체 전공정 팹의 장비투자액은 대략 20~30%가량 상승한 것으로 보이며, 거의 모든 디바이스 분야에서 장비투자액이 두 자릿수 성장을 보인 것으로 나타났다. 

SEMI가 발표한 바에 따르면 지난 2014년 한 해는 2013년 대비 반도체 업계에 훈풍이 분 해였다. DRAM 관련 장비투자 계획이 증가했고, 비중은 '13년의 7%에서 무려 30%가량 상승한 것으로 추정했다. DRAM 생산능력 역시 '13년에는 축소됐으나 '14년에는 횡보를 기록할 것으로 예상했으며, Opto 및 LED에서의 설비투자 역시 안정화될 것으로 전망했다. 이 보고서는 SEMI가 100 이상의 팹 생산능력을 상세히 조사한 결과, 반도체 업계 전체의 Discrete를 제외한 생산능력은 '13년에 2% 성장에 불과했지만 '14년 3% 성장, 올해는 3~5%가량 성장할 것으로 예측하고 있다. 

올해, 국내 반도체 업계는 평택에 집중한다

2014년 글로벌 반도체 시장 호황을 이끈 PC 수요 증가세가 올해 수그러들며 반도체 업계가 타격을 받을 것이라는 우려가 나오는 가운데 수급불균형이 발생할 경우 업체간 가격 경쟁이 심화되는 치킨게임이 다시 시작될 수도 있다는 전망이 제기되기도 했다. 

2014년 메모리반도체 시장 호황을 주도했던 PC용 DRAM 수요는 2013년 대비 115억 기가비트(Gb)가량 증가한 것으로 보이며, 그중 모바일용은 68억Gb에서 68.6억Gb로, 서버용은 14억Gb에서 18억Gb로, PC용은 3.5억Gb에서 15.1억Gb로 증가한 것으로 추산된다. 

일각에서는 지난해 보여준 높은 DRAM 수요가 올해 역시 지속되기는 어려울 것으로 평가하고 있으나, 이러한 상황에서 국내 반도체제조사들은 지속적으로 DRAM 설비투자를 단행하고 있다. 국내뿐만 아니라 글로벌 DRAM 설비투자 증가율이 지난해 74%에 이어 올해 역시 22%가량 추가로 증가할 것이라는 전망도 나오고 있다. 

특히 삼성전자는 최근 평택에 15조 6천억 원을 투자해 반도체 단일 공장 중 최대 규모의 반도체공장을 지을 것이라고 발표해 업계의 관심을 집중시키고 있다.

삼성전자가 평택 고덕산업단지에 조성하려는 부지는 총 283만 제곱미터(85.5만 평) 규모로, 그중 79만 제곱미터(23.8만 평)를 우선 반도체 생산라인으로 조성할 뜻을 밝힌 것이다. 올 상반기 착공을 시작해 2017년 하반기까지 완공함으로써 기존에 국내에서 운영하던 16개 라인에 한 라인을 더한다. 여기에 투자되는 15조 원가량의 금액은 역대 가장 큰 규모이다.

반도체 로봇기업들 “기대감 고조!”

웨이퍼 공정의 한계가 지속될수록 반도체메이커들의 차세대 공정을 위한 연구개발과 공정변화는 꾸준히 지속되고 있으며, 잦은 공정변화와 설비투자, 증설은 로봇기업들에게는 호기로 작용한다. 

특히 반도체 업황 혹은 수요, 가격과 별개로 엔드유저의 설비투자에 의해 경기가 좌우되는 반도체 로봇 업계의 특성상 올 한해는 기회의 해가 될 듯싶다.

반도체 로봇, 특히 전공정에 적용되는 진공이송로봇은 장기적인 반복정밀도의 균등성이 중요한 요소로 작용하며, 또한 민감한 공정인 만큼 안정성 역시 중요하다. 더불어 핸들링하는 제품이 타 산업군대비 높은 가격대를 형성하면서도 파손되기 쉽기 때문에 현재 반도체 라인에 적용되는 로봇들은 탄탄한 기술력에 더해 오랜 기간의 필드 테스트 및 레퍼런스가 중요하다.

이에 따라 최근 해외 설비에 투자가 집중되던 국내 반도체제조사가 역대급 투자를 국내에 단행하는 시점에서, 준비된 반도체 로봇기업들의 기대가 커지고 있다. 

참고문헌 

「World Fab Forcast Report」 - SEMI

「한국 반도체산업 발전과정과 장비산업 경쟁력 분석 연구」 - 이종희 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 준비된 반도체 로봇기업은 “웃을 날 남았다”