[이투데이-산교타임즈 특약] 33-① 다품종 소량 반도체 ‘미니멀 팹’이 해답

0.5인치 초소형 웨이퍼 이용 디바이스 1개 생산…투자액 기존 메가 팹의 1000분의 1

▲지난 7월 3일 일본 도쿄 시나가와에서 열린 ‘미니멀 팹 심포지움 2013’에서 미니멀 팹 장치가 전시돼 있다. 이날 심포지움에는 업계 관계자 460명이 몰려 미니멀 팹에 대한 뜨거운 관심을 나타냈다.

최근 일본 반도체 업계에서 미니멀 팹(minimal fab)이 주목받고 있다.

미니멀 팹은 0.5인치급 웨이퍼나 초소형 장치들을 이용해 1라인당 투자를 메가 팹의 1000분의 1 수준으로 절감시켜 주고, 다품종·소량생산을 중시하는 거대 시장에 유연하게 대응할 수 있는 기술이다.

미니멀 팹에 대해서는 최근 업계에서 새로운 비즈니스 모델로서도 주목하는 등 실용화에 대한 기대가 높은 편이다. 다만 미니멀 팹에서 생산되는 장치들은 대부분 개발 초기 단계에 있기 때문에 미니멀 팹이 제대로 활용되려면 수년은 걸릴 것으로 예상된다.

세계 반도체 시장은 리먼브러더스 사태로 크게 위축된 시기도 있었지만 최근 몇 년간 출하 액수는 연간 20조~30조엔에 달하는 것으로 조사됐다. 일본 산업기술종합연구소 나노일렉트로닉스 연구부문의 하라 시로 미니멀시스템그룹장은 “로지스틱 곡선을 분석해 보면 29조엔이 반도체 업계 포화 값으로 추산된다. 즉 현재의 반도체 시장은 이미 성숙기에 있다. 장치 제조업체는 이같은 상황을 충분히 파악한 상태에서 사업 전략을 구상할 필요가 있다”고 지적했다.

이런 성숙기에 중요한 것은 유저 중시 자세다. 최종 사용자의 동향을 지켜보며 고객이 필요한 것을, 필요한 때에, 필요한 만큼 생산·제공하는 비용·에너지·자원 등의 낭비를 없앤 변종변량 생산 대응이 요구된다는 것이다.

미니멀 팹은 이같은 상황에서 바람직한 대안으로 떠오르고 있다. 미니멀 팹은 0.5인치급 웨이퍼, 장치 사이즈 30cm폭, 1라인당 투자액은 기존 메가 팹의 약 1000분의 1인 5억엔 정도다.

장치로는 PLAD(Particle Lock Airtight Dock)라 불리는 미립자와 가스를 외기로부터 완전히 차단할 수 있는 전실 시스템을 갖추게 된다. 진공 대응의 PLAD도 개발, 전자석을 이용함으로써 개폐 시 미립자를 발생시키지 않는 수송용기 ‘미니멀 셔틀’과 조합해 국소 클린화를 통한 진정한 클린룸리스 생산을 실현한다.

미니멀 팹에서는 1프로세스 당 1분을 표준으로 설정한다. 실제 프로세스 시간은 30초이고, 나머지 30초는 수송 등으로 소비되지만 수송 경로가 극소화돼 있기 때문에 메가 팹보다 속도가 빠르다고 할 수 있다. 가동률을 90%라고 가정하면 1분*60분*24시간*30일*0.9로 계산했을 때 월 생산 3만장, 연간 약 48만장을 생산할 수 있다.

또한 미니멀 팹에서는 사실상 1개의 디바이스를 제작할 수 있으며, 이는 시험제작에도 적합한 시스템이다. 시험제작과 양산을 기본적으로 같은 장치에서 하기 때문에 개발단계에서 양산으로의 이행이 원활해져 유저의 니즈에 유연하게 대응할 수 있다.

장치 개발은 지난 2010년 5월에 설립된 ‘미니멀 팹 기술연구조합’이 중심이 되어 추진 중이다. 이는 경제산업성이 추진하는 ‘혁신적 제조 프로세스 기술 개발’ 프로그램에 채택돼 2014년도까지 8년간 연구개발에 나서며 사업비는 7억7400만엔이 소요된다. 주요 장치로는 이미 플로토 타입기가 개발됐다. 미니멀 장치이용률 27%로 미세전자제어기술(MEMS) 디바이스의 시험제작에 성공했다. 2013년도 내에 장치 이용률이 50%까지 높아질 전망이다.

디지털 광학기술(DLP, Digital Light Processign)을 이용한 노광장치개발에서는 레지스트의 막후 균일성으로서 면내막후 1.106±0.007μm로 높은 균일성을 달성했다. 해상도는 현재 1μm 수준이지만 2호기에서는 세미오토 기능을 탑재하는 등 양산 대응을 꾸준히 추진해나갈 방침이다. 향후 해상도는 0.5μm를 목표로 한다. 이후 미세화에 대해서는 전자 빔(EB) 도입이 유력시되고 있는 가운데 그 신호탄으로서 ‘미니멀 전자 현미경’이 개발되고 있다.

한편 화학기상증착(CVD)장치와 이온주입장치 개발은 부진을 면치 못하고 있다. CVD장치에는 100개 이상의 밸브가 필요하기 때문에 가스 사용량을 적게 하는 프로세스 개발 등과 병행해 장치 실장의 소형화를 계속 추진할 필요가 있다.

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