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반도체 패권 전쟁, 기술자립화를 위한 KRISS의 도전

  • 작성자관리자
  • 작성일2022-08-24 09:00
  • 분류With KRISSian
  • 조회수162

반도체 패권 전쟁, 기술자립화를 위한 KRISS의 도전


첨단측정장비연구소 반도체측정장비팀
제갈원 책임연구원, 문지훈 선임연구원,
이효창 책임연구원, 김준오 책임연구원



‘미래 산업의 쌀’로 불리며 모든 첨단 산업의 필수 부품으로 사용되는 반도체. 스마트폰에서 컴퓨터, 그리고 자동차까지 반도체가 사용되지 않은 곳이 없다. 반도체가 미래 산업의 쌀이라는 별명을 얻은 지도 꽤 많은 시간이 지났지만, 여전히 반도체는 4차 산업혁명의 핵심 부품이자 미래 기술경쟁력을 좌우하는 핵심 요소다. 반도체를 둘러싼 세계 강국의 패권 경쟁이 첨예하게 이어지는 가운데 KRISS 반도체측정장비팀은 우리나라 반도체 산업 분야의 경쟁력 강화를 위한 고정밀 측정표준 기술을 개발하고 있다.


▲ KRISS 반도체측정장비팀

(좌측부터 김준오 책임연구원, 이효창 책임연구원, 문지훈 선임연구원, 제갈원 책임연구원)



반도체 강국의 이면


최근 바이든 미국 대통령이 우리나라를 방문하면서 세계의 이목이 쏠렸다. 바이든 미국 대통령은 방한 첫 일정으로 평택의 반도체 공장을 방문했다. 이는 지금 미국이 반도체를 얼마나 중요하게 여기는지를 보여주었다.


4차 산업혁명 시대를 맞아 반도체 분야는 가파른 성장세를 보였다. 각 산업 분야마다 반도체 수요가 늘어나면서 안정적인 반도체 공급망을 확보하는 것이 무엇보다 중요한 상황이다. 오랜 시간 반도체 강국으로 군림해온 우리나라지만, 그 이면에는 거의 모든 반도체 장비를 외국에서 수입한다는 고민이 있다.


제갈원 책임연구원 “2019년 일본 정부가 수출규제조치를 시행한 후 산업체에서 필요로 하는 기술을 신속하게 개발해서 도움을 주자는 취지로 정부출연연구원, 대학, 기관 등에 국가연구실(Nlab)을 지정했습니다. 반도체장비측정팀도 반도체 물성측정 공정진단 분야 국가연구실로 선정되었습니다.” 

반도체측정장비와 관련된 분야가 광범위한 만큼 연구자들은 실시간 공정진단 센서 기술, 광학물성 측정, 진공펌프의 종합성능평가 등 다양한 분야의 연구를 진행하고 있다. 오염입자 측정분야에서는 세계 최고 수준의 실시간 오염입자 센서를 개발하고 연구소기업 설립을 통한 기술사업화를 진행하고 있다.

문지훈 선임연구원 “연구원에서 기술을 개발할 때 정밀하고 정확한 측정에 중점을 두는 것과 달리 개발 기술이 적용될 산업현장에서는 사용 편의성, 현장 적용성, 신뢰성 같은 부분이 중요하다는 것을 알게 되었습니다. 상용화 과정에는 측정 분야와는 또 다른 기술들이 필요하고 굉장히 어려운 작업이라는 걸 느꼈습니다.”


산업체의 수요를 세심하게 파악하고 그에 맞춰 연구개발과 기술이전을 수행하고 있는 반도체측정장비팀. 이효창 책임연구원의 주도로 개발한 플라즈마 밀도 측정 분야의 ‘평판형 컷오프 센서’의 경우 기술의 우수성을 인정받아 반도체 부품 장비와 센서기업에 기술이전을 완료했고, 현재는 기업에서 상용화 제품을 개발하고 있다.
이효창 책임연구원 “처음 기술을 개발했을 때 장비회사를 비롯해 정말 많은 곳에서 연락이 왔습니다. 이렇게 많은 연락을 받을 거라고는 예상하지 못해서 조금 놀랐어요. 아무래도 장비를 제작하는 기업의 규모가 더 크다 보니 좀 더 높은 기술이전료를 받을 수 있을지 모르지만, 센서를 활용하는 측면에서 생각한다면 부품업체나, 센서업체에 이전하는 것이 좋겠다는 결정을 내렸습니다. 장비가 아닌 부품, 센서 기업에 이전하게 되면 모든 장비에 우리 기술이 적용될 수 있기 때문입니다.”


실시간 오염입자 센서로 진공 상태에서 소자의
오염입자의 크기 및 분포 등을 확인하는 모습



축적된 노하우, 지속적인 투자


세계에서 반도체 강국으로 손꼽히는 대한민국. 연구자들이 생각하는 우리나라 반도체 산업의 비결은 무엇일까.
김준오 책임연구원 “반도체 분야가 상당히 다양합니다. 우리 팀은 반도체 분야에서 필요한 측정 기술을 개발하는 것이고, 이외에도 실제로 반도체에 들어가는 소재, 소자를 만드는 기술, 또 이러한 소자로 제품을 만드는 기술 등 복합적인 기술이 필요합니다. 반도체 회사에 직접 가보지 않아서 잘 모르지만, 반도체 기술이 하루아침에 이루어지는 것이 아니잖아요. 수십 년간 쌓아온 기술 노하우가 있고, 새로운 R&D를 지속해서 개발하기 때문에 반도체 강국이 될 수 있었다고 생각합니다.”


정부는 경제안보 및 국가 경쟁력과 직결되는 반도체, 인공지능(AI), 배터리 등 첨단산업을 미래전략산업으로 육성하기로 했다. 물론 이전에도 해당 산업은 항상 중요시되어왔지만, 오는 하반기부터는 국가첨단전략산업특별법 시행을 통해 집중적으로 육성될 예정이다.
이효창 책임연구원 “반도체 분야는 미국과 중국도 정부 차원에서 투자를 하는 상황입니다. 우리나라가 반도체 소자 분야에서 미국, 대만 등 세계 기업들과 초격차로 1~2위를 다투고 있습니다. 반도체 생산 장비 기술은 거의 정점에 다다른 상황으로 앞으로는 지능화가 접목되는 단계가 남아 있습니다. 지능화의 핵심이 바로 센서가 아닐까 생각합니다. 반도체 장비는 상당히 고가이지만, 센서는 저렴한 편이니 센서가 개발돼서 지능화 장비 개발에 핵심이 되고, 또 장비 분야, 소자 업체에도 도움을 준다면 반도체 산업 전 분야에 큰 도움을 줄 수 있지 않을까 생각하고 있습니다.”


기술자립화를 위한 노력


제갈원 책임연구원 “우리나라에서 가장 큰 산업이 반도체 분야입니다. KRISS 안에도 반도체와 밀접하게 연관된 연구를 하시는 분들이 아주 많습니다. 우리팀은 그중에서도 어느 정도
시너지를 낼 수 있을 것 같은 사람들이 소규모로 모여있는 팀입니다.”
‘반도체측정장비 개발’이라는 뚜렷한 목적을 위해 모인 4명의 팀원들은 서로의 지식과 기술을 공유하며 단단한 팀워크를 이뤄나가고 있다.


팀에 합류한 지 3년 차가 되었다는 김준오 책임연구원은 코로나19로 인해 전 직원이 함께 모여본 적이 없다며 아쉬움을 이야기한다. 하지만 같은 목표를 위해 오랜 시간을 함께하는 만큼 팀원들 사이에는 두터운 유대감이 자리 잡고 있는 듯하다. 


▲우리나라 반도체 산업의 경쟁력에 대해 얘기하는 반도체측정장비팀


같은 관심사를 갖고 함께 연구해서일까. 반도체측정장비팀은 유쾌한 성격도 서로 닮아있다. 반도체측정연구의 매력을 무엇이냐고 생각하냐는 질문에 지금 하는 연구 말고는 할 줄아는 게 없다고 농담처럼 이야기하면서도 반도체 장비측정이 반도체를 만드는 데 꼭 필요한 분야라는 점을 강조한다.
문지훈 선임연구원 “반도체를 대상으로 공부하지는 않았어요. 환경 쪽에서 주로 사용하는 오염입자를 공부했는데, 찾아보니 입자라는 분야가 반도체에서도 많은 이슈가 되고 있더라고요. 이 분야를 심도 있게 연구하시는 분들이 많지 않다 보니 도움이 될 수 있을 것 같아 주 전공을 해서 연구를 하게 되었습니다.”
김준오 책임연구원 “저도 제가 전공한 분야와는 조금 다른 연구를 하고 있습니다. 반도체 장비를 이용해서 합성, 성장을 연구했는데, 지금 상황에서 볼 때 진공펌프가 상당히 중요하다고
생각했습니다. 장비들의 성능을 평가해주고 기업들이 상용화하는데 기술적 도움을 주는 일이기 때문에 주전공보다 더 열심히 하려고 노력하고 있습니다.”
이효창 책임연구원 “저는 플라즈마를 전공했어요. 처음에 플라즈마에 대해 잘 몰랐을 때 우주의 99%가 플라즈마 상태라는 이야기가 너무 재미있어서 이 분야를 시작했습니다. 반도체가
미세화되고, 공정도 점점 어려워지는데 이 과정에 플라즈마가 굉장히 많이 사용됩니다. 플라즈마 관련 기술을 통해서 산업체에 기여하면 좋겠다는 생각으로 팀 내에서 열심히 연구하고 있습니다.”


각기 다른 전공으로 연구를 이어오다 반도체라는 공통 주제로 한 팀을 이룬 반도체측정장비팀. 이들의 목표는 반도체 산업 분야에서 기술자립화를 이루는 데 일조하고 더 나아가 우리나라 산업 역량을 키우는 것이다.
제갈원 책임연구원 “국민이 내는 세금으로 연구를 하는 만큼 사회에 기여하는 연구를 해야 한다고 생각합니다. 특히 우리팀은 반도체 분야 국가연구실로 선정된 만큼 반도체 산업 분야에서의 기술자립화에 도움이 될 수 있도록 최선을 다할 계획입니다. 우리의 손으로 우리 평가기술 체계를 만들고 센서를 만들어서, 결국에는 우리나라 산업의 역량을 키우는 것, 이것이 저희 팀의 최종 목표입니다.”


우리는 기술패권의 시대를 살아간다. 기술력이 곧 국력이고, 그 중심에는 반도체가 있다. 대한민국이 반도체 전쟁에서 한걸음 앞서 나아갈 수 있는 것도 반도체장비측정팀과 같이 자신의 위치에서 묵묵히 최선을 다하는 연구자들이 있기 때문은 아닐까.


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