우리나라 경제의 핵심산업인 반도체산업은 수출 1위 품목이다. 우리나라 경제의 근간을 지탱해온 산업이다. 메모리 반도체부문은 확고한 글로벌 경쟁우위를 갖추고 있는 것으로 분석되고 있으며 기술력도 중국 등 후발국에 비해 월등해 최신 공정 도입을 위해 요구되는 투자규모와 기술력이 크게 증가해 후발기업들의 추격도 쉽지 않은 구조를 형성하고 있다.

반면 시스템반도체부문은 글로벌 경쟁력이 취약하다. 최근 파운드리(위탁 제조) 경쟁력은 크게 개선되며 대만에 이어 세계 2위 수준까지 올랐지만 팹리스(설계 전문) 경쟁력은 미국, 일본, 유럽은 고사하고 중국에 비해서도 뒤처진다는 평가를 받고 있다. 

어려운 상황에서 최근 글로벌경기 위축으로 인해 우리나라 반도체산업도 직격탄을 맞고 있다. 한국개발연구원의 발간한 ‘최근 반도체경기 흐름과 거시경제적 영향’ 보고서에 따르면 반도체 수출물량 10% 감소는 국내총생산(GDP)을 0.78% 감소시키며 반도체가격 20% 하락은 국내총생산을 0.15% 감소시킬 정도로 반도체산업이 대한민국 경제에서 차지하는 비중이 얼마나 큰지를 새삼 깨닫게 된다.

탈탄소·친환경 규제 강화 

글로벌 차원의 탈탄소 움직임 및 친환경 규제가 강화되며 기존에 생산수율을 최대 관심사로 두던 반도체산업도 다른 산업들과 유사하게 친환경 및 고효율을 만족하는 설비에 대한 관심이 크게 높아지고 있다. 생산수율 향상을 위한 초저온 냉열설비 개발과 냉매규제는 주요 관심사가 됐으며 반도체산업 경쟁력을 확보하는 근간이 될 것으로 기대된다. 

초저온은 –150~-50℃ 이하 환경을 의미하며 초저온 냉열설비기술은 초저온 환경을 구현할 수 있는 냉동기를 말한다. 우리나라 미래 전략산업군에 해당하는 반도체·제약 등에서 이용되는 초저온 냉동설비는 연중 연속가동되는 설비인 만큼 산업계의 영업비용 부담이 높아 고효율 기술에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 특히 냉매 규제에 따라 반도체산업공정에서 기존의 High GWP 냉매를 사용하는 냉열설비를 규제를 받지 않는 자연냉매 냉동기에 대한 시장의 요구가 증대하고 있다. 

최근 해외 선진기업에서는 –70℃ 수준의 공기냉매 적용 냉열공급설비를 반도체 식각공정에 시험운영 중인 것으로 알려져 있다. 세부 부문별로 진행속도의 차이는 있겠지만 큰 틀에서 규제가 강화될 것으로 보이기 때문에 냉매규제로부터 자유로운 작동유체를 적용하고 고효율과 고신뢰성을 만족하는 설비를 구현하는 기술개발이 중요하다. 

지구온난화지수 규제기준을 만족할 수 있는 차세대 냉매로 거론되는 low GWP냉매들의 경우 일반 불소계 냉매대비 끓는점이 높아 저온사이클에 적용하기는 어려움이 있다. 또한 유럽연합에서 과불화화합물 사용제한규제를 강화하고 있어 제조, 사용, 판매 등 전반에 걸친 제약이 향후 더욱 커질 것으로 예상되기 때문에 기존 저온영역에서 사용해 오던 불소화합물계열의 냉매가 적용된 설비를 친환경설비로 대체하기 위한 노력이 진행 중이다.

이러한 글로벌 상황을 대비해 한국에너지기술평가원은 ‘자연냉매 적용 –100℃급 고효율 초저온 냉열설비 기술 개발’ 국책과제를 선정했으며 FST 컨소시엄이 최근 킥오프회의를 개최하고 본격 개발에 착수했다.

이윤빈 에너기기술평가원 효율향상PD는 “초저온 냉열설비는 오랫동안 업력을 쌓아온 선진기업들과 경쟁하기에 매우 어려운 분야임에도 불구하고 국내 기업들이 대등한 수준의 기술에 근접하며 선전하고 있다”라며 “경쟁강도와 불확실성이 커진 현재 시점에서 보면 기민한 대응과 우월한 위치를 선점하는 것이 중요하기 때문에 고난도의 첨단기술 확보가 필수적”이라고 밝혔다.

이어 “반도체수요를 만족하기 위한 생산라인 건설은 고부가가치 산업이면서도 지속적인 성장이 기대되는 분야로 시장 전망은 매우 밝다”라며 “공정의 높은 정밀도를 만족하기 위해 요구되는 초저온 온도영역의 냉열공급기술 확보가 중요한 이유”라고 강조했다.