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기술시장정보

GaN 단결정 성장기술

(색인어 :GaN,질화갈륨,갈륨나이트라이드,박막,후막)

2008.12.

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본 자료는 기술평가정보 유통 활성화를 지원할 목 으로 신기술아이디어사업화타당성평가

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Ⅰ.기술성분석·············································································································1

1.기술 개요···············································································································1

가.기술군의 개요······································································································1

나.개발 응용 황······························································································2

다.기술 망················································································································3

2.기술 동향···············································································································4

가.경쟁기술················································································································6

나.신규 체기술································································································8

Ⅱ.시장성분석···········································································································10

1.산업특성과 환경 ······························································································10

가.산업개요 ············································································································10

나.산업특성··············································································································12

다.산업환경 ············································································································14

2.시장의 구조 ·······································································································14

가.시장의 정의와 범 ··························································································15

나.시장의 특성 구조························································································16

다.시장 동향············································································································23

라.업체 동향············································································································24

【참고문헌】··············································································································35

-1-

Ⅰ.기술성분석

본 장에서는 기술군의 개요와 특성을 확인하고 그 동향 응용 황과 향후 기

술 환경변화 발 방향 등을 살펴보는 한편,주요 기술과 비교검토한다.그리고

특허동향을 기술 분류별,출원인별,국가별로 살펴보고 유사특허를 조사 분석

한다.

1.기술 개요

가.기술군의 개요

HVPE(HydrideVaporPhaseEpitaxy)법에 의한 GaN 단결정 성장장치는 GaN

단결정 성장기술과 연 된 분야로서,특히 HVPE법을 이용하여 GaN 단결정을 성

장시키는데 사용되는 가스가 혼합되지 않도록 하면서 공 할 수 있도록 한 가스

공 분사장치와 련된 것이다.

GaN은 다양한 소자와 보호박막 등으로 연구되어 왔던 물질로서,청색

LED나 청자색 반도체 이 등의 발 소자,무선 기지국용 워 회로,산업 기

기용 트랜지스터 등의 기술 분야와 연 을 갖으며 재 격하게 발 하고 있는

분야이다1).

GaN 단결정 성장과 련된 기술은 매우 다양한 방법들이 알려져 있으나,크게

기상으로부터 단결정을 성장하는 기술과,용액으로부터 단결정을 성장하는 기술로

구별될 수 있으며,기상으로부터 단결정을 성장시키는 기술은 다시 MOCVD법,

HVPE법,MBE법 승화법으로 나 어 볼 수 있으며2),용액으로부터 단결정을

성장하는 기술은 알칼리 융제를 사용한 방법과 이외 다양한 조건을 가하여 용융

화한 후 재결정하여 GaN 단결정을 성장시키는 방법이 알려져 있다3).

1970년 미국과 일본에서 고품질의 GaN 성장을 시도하 으나,기 물질의

부재와 성장방법의 미비로 많은 어려움이 있었다.하지만 1986년 일본의 Akasaki

교수가 Buffer층 성장기술을 도입함으로써 고품질의 GaN 성장이 가능하게 하

으며,1989년 Akasaki교수에 의해 GaN 청색 발 다이오드가 개발되어 1994년

1) 학 , 포항산업과학연 원, 질 갈륨(GaN) 사 어(Sapphire) 단결

Wafer 술개 동향, 2003.04

2) 한 과학 술 보연 원, 질 갈륨 재 술동향, 2003.023) 한 과학 술 보연 원, GaN 크 결 , 2006.05

-2-

일본 NichiaChemical사에 의해 고휘도 청색 발 다이오드를 상업화하게 되었

다.그리고 이와 비슷한 시기에 미국의 Cree연구소에서도 청색 발 다이오드를

개발하 는데,탄화규소(SiC)단결정 기 에 GaN를 증착시켜 제조하 다4).

GaN의 성장에 기가 마련된 계기는 일본 메이조 학의 Akasaki연구 그룹

에 의한 새로운 성장 방법의 도입이라 할 수 있다.이들은 GaN의 성장에 사 이

어 기 을 사용하 는데 GaN와 기 의 완충 역할을 해 수 있는 AlN 버퍼층을

상 으로 낮은 온도(500℃부근)에서 성장한 후 고온(1000～1050℃)에서 GaN를

성장하는 방법을 사용하 다5).

GaN과 련된 GaN 단결정 성장기술과 련하여 표 으로 유사 경쟁기

술로는 MOCVD법을 이용한 GaN 단결정 성장기술과 MBE법을 이용한 GaN 단결

정성장기술 등이,신규 체기술로는 GaN 벌크결정 성장기술에 해당되는 아

모노서멀(Ammonothermal)법을 이용한 GaN 단결정 성장기술 등이 개발되고 있

다.

나.개발 응용 황

GaN 결정성장 기술부문은 크게 GaN 결정을 성장시키는 방법에 한 기술과,

그 방법을 효과 으로 달성하기 한 장치에 한 기술과,GaN 단결정을 성장시

키는데 사용되는 기 형성 기술을 기반으로 하고 있다.여기서 GaN 단결정을 성

장시키는 방법에 한 기술은 출발물질이나 조건의 변화 등을 통해 원하는 고품

질의 GaN 단결정을 얻도록 하는데 을 두고 있으며,장치에 한 기술은 출

발물질의 이동에 사용되는 장치부분이나 반응로 등의 개선을 통하여 고품질의

GaN 단결정을 얻도록 하는데 을 두고 있으며,GaN의 물성을 고려하여 쉽게

기 에 GaN 단결정이 형성될 수 있도록 하는 방안에 을 두고 기술개발이

이루어지고 있다.그러나 에서 언 한 기술들의 공통 은 모두 GaN 결정의 용

도에 기인하여 기술개발이 각각 이루어져 왔다는 것이다.특히 GaN 단결정은

LED분야의 기술발 과 일치한다고 해도 과언은 아닐 것이다.

GaN단결정 성장기술이 개발된 이후 기에는 방법에 한 개선을 통해 고품

질의 GaN 단결정을 형성하고자 하 으나,이후에는 사 이어기 에 GaN 단결정

을 형성하는 등 차 기 의 변화를 통해 고품질인 GaN 단결정을 형성하는 기술

방향으로 발 하고 있다.특히 근래에는 방법과 장치 기 의 개선을 모두 활용

4) 학 , 포항산업과학연 원, 질 갈륨(GaN) 사 어(Sapphire) 단결

Wafer 술개 동향, 2003.045) 한 과학 술 보연 원, 질 갈륨 재 술동향, 2003.02

-3-

하여 고품질의 GaN 단결정을 얻도록 하는 방향으로 기술이 발 하고 있는 추세

이다.

1986 1986～

1998

1999～

2001

2002～

2004

2005～

2007

GaN 단결

GaN 단결 치

GaN 단결 한

술

< 1-1> 술 개 과

GaN 단결정은 주기율표의 Ⅲ족과 Ⅴ족의 조합에 의한 화합물반도체로,결정격

자정수(結晶格子定數)가 작고 밴드 갭이 큰 와이드 갭 반도체이기 때문에 GaAs에

비해 고 계의 드리 트속도가 높다는 이 을 가지고 있다. LED,LD 이외의 용

도로써 고온도역 사용에서 고주 디바이스, 워디바이스에 연구개발이 행해지고

있으며,웨이퍼상태로 유통은 거의 없고 출하상태는 칩,LED램 ,램 모듈 등이

주류가 된다6).

다.기술 망

(1)개발환경 변화

기술군의 발 방향 망을 분석하기 하여 개발환경의 변화 요인을 우선

살펴볼 필요가 있다.

GaN의 결정 성장기술에 획기 인 기회를 제공한 사람은 일본의 Akasaki교수

이다.1986년 일본의 Akasaki교수가 Buffer층 성장기술을 도입하여 고품질의

GaN성장을 가능하게 하 으며,1989년 Akasaki교수에 의해 GaN 청색 발 다이

오드가 개발되어 1994년 일본 NichiaChemical사에 의해 고휘도 청색 발 다이

오드를 상업화하게 되었다.이를 계기로 GaN 결정 성장 기술은 격하게 발 되

었다.

6) 한 산업진흥 , GaN, 2004.05

-4-

토요타합성에서는 사 이어기 에서 GaN 웨이퍼를 제작하고 청,녹,백색LED

램 칩을 공 하고 있으며,특히 청색,녹색 LED분야가 강하다.최근에는 백

색 LED분야를 목표로 조명용으로 제품개발,시장 개발에 힘을 기울이고 있으며,

사 이어기 베이스의 GaN의 결정결함의 책으로써 GaN단결정기 의 개발에

도 착수하고 있다.

재 GaN 웨이퍼용의 심은 청색 LED이며,이들 청색 LED 반 이상이

백색 LED이다.백색 LED에서는 일반 조명용으로 응용하고자 하는 고휘도 타입의

제품이 필요하게 되므로 자외 LED의 응용이 검토되고 있다.자외 LED의 제조기

으로는 기존 사 이어기 이나 SiC기 에 비해 GaN 에피층과 기 과의 격자상

수 차이에서 유리한 GaN 결정기 을 개발하고 있다.

GaN 결정기 은 자립기 , 리스탠딩이라 불리고 있는데,스미토모 기공업,

히타치 선,후루카와(古河)기계 속,ATMI,CPI,LUMILOG 등이 개발,양산 비

가 추진되고 있다7).

(2)기술발 방향

GaN 단결정은 LED와 드라이 ,고주 디바이스, 워디바이스 등 다양한

응용분야의 개발을 기반으로 하여 향후 지속 인 성장세를 보여 것으로 기 된

다.채용기 의 흐름으로는 가격,채용실 의 풍부함 때문에 사 이어기 이 여

히 심이다.SiC기 은 사 이어와 달리 그 자체가 반도체이기 때문에 기 상

에 n 극을 형성할 수 있으므로 큰 류를 흐르게 할뿐 아니라 칩 크기의 축소

에서도 우 성을 갖고 있다.특히,GaN 기 은 GaN과의 격자정수가 매칭되

고 결정결함이 낮기 때문에 LD의 특성에 맞는다.GaN의 용도에서는 LED(백라이

트 원용)에 이어 차세 디스크드라이 의 기록재생용 원으로써 확 를 보이

고 있다.2003~2004년에 걸쳐 LD로 시장이 형성되기 시작해 2005~2006년에 고주

, 워디바이스 등의 트랜지스터로,2007~2008년에는 LED(일반조명용)의 시장이

형성되기 시작할 것으로 측된다.특히,일반조명시장은 1조엔 시장으로,백열등

이나 형 등이 교체만 된다면 큰 볼륨을 가진 시장으로 성장해 갈 것이다8).

7) 한 산업진흥 , GaN, 2004.058) 한 산업진흥 , GaN, 2004.05

-5-

2.기술 동향

가.경쟁기술 동향

(1)MOCVD법을 이용한 GaN 단결정 성장기술

MOCVD법은 재 화합물 반도체 성장장치에서 핵심 으로 사용되는 방법으

로,박막형성 반응에 사용되는 반응가스의 공 원이 유기 속 구체로 낮은 온도

에서 공 원의 분압이 높고 분해가 잘되는 장 이 있으므로 박막 증착시 반응가

스의 공 을 원활하게 할 수 있으며,고순도로 정제된 공 원을 사용할 수 있어

성장되는 박막의 특성을 우수하게 할 수 있다.이러한 유기 속 공 원의 가장 큰

장 은 온에서 휘발성이 높다는 이다.즉,이러한 MO 공 원을 사용하면 기

존의 CVD에서 3족 소스를 공 하기 하여 액체 Ga이나 In을 사용하고 HCl가

스를 이용하여 기 에 공 되는 GaCl이나 InCl과 같은 반응가스의 양을 조 할

때의 문제 이 해결될 수 있다.그러나 MO 공 원에서 발생되는 carbon오염이

라는 단 이 있다.

일반 인 MOCVD법에는 압(low pressure)MOCVD와 상압(atmospheric

pressure)MOCVD의 두 가지 방법이 있다.MOCVD를 이용한 GaN 박막 성장

시,압력은 보통 상압(760Torr)을 사용하는데,이는 800℃ 이상에서는 질소의 분

압이 매우 큰 반면,NH3의 분해에 의해 생성되는 질소의 분압이 작기 때문에

체 압력을 크게 해야만 하는 것으로 생각된다.MOCVD에서의 반응기는 일반 으

로 coldwall형식을 많이 사용하는데 이는 기 에 공 되어지는 MO 소스의 성

장 분해반응을 억제하기 한 것이다.이러한 coldwall반응기에서는 반응기

기 만을 가열하는 방식으로 단결정 epitaxial성장에 범 하게 사용된다9).

MOCVD법을 이용한 GaN 단결정 성장기술은 구체를 기화시킨 다음 기 의

표면까지 이동시켜 기 의 표면에서 결정이 성장되도록 하는 방법으로서,GaN를

성장하기 한 일반 인 MOCVD법에서 3족 공 원으로는 TMG

(trimethylgallium)나 TEG(triethylgallium)와 같은 MO- 구체를 사용하며,5족 공

원으로는 NH3를 주로 사용한다.

9) 질 갈륨 재 술동향, 한 과학 술 보연 원, 2003.02

-6-

단

∙ 한 막 과 께 어가 양 하

여 고휘도 다 드(LED)

합하다.

∙ 가스 공 원 체

낮 도에 공 원 압 고

해가 다.

∙ 막 증착시 가스 공 원 하

게 할 수 다.

∙ 고순도 공 원 사용할 수

어 는 막 특 우수하게

할 수 다.

∙ MO 공 원에 carbon 염 생한

다.

∙ 결 도가 HVPE 에 비하여 느리

다

처 : LED, 특허 보고 , 2004

질 갈륨(GaN) 사 어(Sapphire) 단결 Wafer 술개 동향,

학 , 포항산업과학연 원,2003.04

< 1-2> MOCVD 용한 GaN 단결 술 단

MOCVD법을 이용한 GaN 단결정 성장기술의 장단 을 살펴보면,장 으로는

성장한 막의 조성과 두께 제어가 양호하여 고휘도 발 다이오드의 제조에 합

하다는 과,반응가스의 공 원이 유기 속 구체로 낮은 온도에서 공 원의 분

압이 높고 분해가 잘되어 반응가스의 공 을 원활하게 할 수 있으며,고순도로 정

제된 공 원을 사용할 수 있어 성장되는 박막의 특성을 우수하게 할 수 있다.단

으로는 MO 공 원에서 carbon오염이 발생하여 불량을 유발시키며,결정성장

속도가 느리다는 것 등이 있다10).

(2)MBE법을 이용한 GaN 단결정 성장기술

MBE(MolecularBeam Epitaxy)는 출발물질을 가열하여 원자 혹은 분자 단 의

vapor를 만들고 이를 가열된 기 까지 이동시켜 기 에 출발물질이 달라붙어

결정이 성장되도록 하는 원리를 응용한 것이다.MBE는 출발 물질을 기 까지 도

달하기 하여 고진공(ultrahighvacuum,UHV)상태를 용하고 있는데,이로

인하여 소스 물질이 기 까지 atomicbeam 혹은 molecularbeam 형태로 이동하

게 된다.MBE법은 5족 공 원으로 N2를 사용하는데,N2의 반응성을 증가시키기

하여 ECR(ElectronCyclotronResonance) 라즈마가 사용된다.성장 압력은

10-4Torr정도이고 성장 온도는 600～650℃이며,박막의 성장 온도보다 100℃ 정

10) 질 갈륨 재 술동향, 한 과학 술 보연 원, 2003.02

-7-

도 고온으로 가열한 상태에서 H2 라즈마 에칭을 수행한다고 보고되고 있다11).

<그림 1-1> MBE 용한 GaN 단결 술 개 도

출처 :MBE에 의한 InxGa1-xAs/GaAs InxGa1-xN/GaN 양자 성장과 특성연구,경

희 학원,2004.02

MBE법을 이용하여 GaN 박막을 성장하는 경우 일반 인 반도체의 성장시와

마찬가지로 성장 온도를 MOCVD에 비해 상 으로 낮게 할 수 있을 뿐만 아니

라,두께의 미세 조정에 유리하고, 한 성장되는 GaN 박막의 in-situ분석이 가

능하다는 장 을 갖고 있다.MBE법을 사용하는 경우 기 으로는 사 이어와 SiC

를 많이 사용한다.MBE법으로 성장된 GaN 박막은 일반 으로 MOCVD 방법으

로 성장된 박막보다 결정성 면에서는 조 뒤떨어지나,잔류 자 농도 측면에서

는 좋은 특성을 보이는데 이는 상 으로 낮은 성장 온도에 기인한다.성장온도

가 높을수록 질소의 부분압이 커져 성장되는 박막으로부터 휘발되기 쉽다.따라서

성장 온도가 낮을수록 잔류 자 운반자 농도가 낮아지게 된다.그러나 최근에는

MBE법으로 성장시킨 GaN에서 결정성과 학 특성이 우수한 막이 발표되고 있

다12).

11) 질 갈륨 재 술동향, 한 과학 술 보연 원, 2003.02

12) 질 갈륨 재 술동향, 한 과학 술 보연 원, 2003.02

-8-

단

∙ 류 도 측 에 양 한 특

보 다.

∙ 도를 MOCVD에 비해 상

낮게 할 수 다.

∙ 께 미 에 리하다.

∙ 는 GaN 막 in-situ

가능하다.

∙ MOCVD 막보다 결

에 어진다.

∙ 결 도가 HVPE 에 비하여 느리

다

처: 질 갈륨(GaN) 사 어(Sapphire) 단결 Wafer 술개 동향,

학 , 포항산업과학연 원,2003.04

< 1-3> MBE 용한 GaN 단결 술 단

MBE법을 이용한 GaN 단결정 성장기술은 기 지속 인 발 과정을 거쳐 왔

으나, 재에는 연구소 등에서 연구의 목 으로 주로 사용되고 있어 GaN 단결정

성장부문에서는 다소 낮은 정도의 요도 상을 갖고 있다.

나.신규 체기술

(1)Ammonothermal법을 이용한 GaN 단결정 성장기술

암모니아를 이용해서 GaN를 합성하는 연구는 1990년 반부터 시작되었으

며,그때는 AmmonoMethod로 알려졌다.연구 기에는 500℃,400~500MPa의

압력범 에서 속 Ga을 암모니아에 반응하여 GaN를 합성하며, 화제로 리튬,

칼륨아미드를 사용하기도 하 다.

1990년 말에 나트륨,칼륨아미드의 도움으로 GaN의 결정성장을 임계 상태

에서 수행하게 되었다.그런데 이 방법을 개선해서 수열합성 형식으로 GaN를 만

드는 연구가 이루어졌다.수열합성의 원조는 인공수정을 만드는데서 시작되었으

며,압 소자 인공수정은 원료로 물인 규석(역시 수정성분)을 사용하며 일정량

의 규석 알갱이를 화제인 가성소다와 섞어서 물에 넣고,이것을 고온고압으로

유지하면 하단부의 규석이 녹아서 상단부로 이동하여 상단부에서 수정이 석출되

는 방법이다.이때 규석을 Nutrient라고 하는데,GaN을 Nutrient로 사용하고 암모

니아를 용제 는 화제로 이용하며,반응온도는 약 150℃,압력은 150~200MPa

정도로 설정하면 GaN 단결정이 석출되는데,이를 Ammonothermal법이라 한다.

1990년 말에는 용제 는 화제로서 NH3,Nutrient로 Li3GaN2를 사용해서

-9-

Ga과 N를 수열방법으로 류를 일으켜서 GaN 결정을 성장하는 기술이 개발되었

다.Li3GaN2는 GaN보다 이온성이 높기 때문에 해리단계를 높이기 하여 사용한

것이다.1990년 말에는 GaN를 속 Ga으로부터 합성하는데 할로겐화암모늄

(NH4X,X=Cl,Br,I)을 화제로 사용하는 경향이 있었다.NH4+는 NH3의 산성형

으로 볼 수 있다13).

단

∙ 수 처럼 매우 큰 GaN 단

결 가능하다

∙ 실용 양산 해 는 많 해결

해야 과 를 가지고 다.

처 : 동향브리핑(GTB), KISTI, 2007.09

< 1-4> Ammonothermal 용한 GaN 단결 술 단

Ammonothermal법을 이용한 GaN 단결정 성장기술과 HVPE법을 이용한 GaN

단결정 성장기술은 원리상으로 용융법을 사용하는지의 측면에서 큰 차이를 갖고

있고,활용 인 측면에서는 면 의 GaN 단결정 제조가 가능하므로 좀 더 다양

한 용도로 활용가능하다는 차이를 갖고 있다.Ammonothermal법을 이용한 GaN

단결정 성장기술의 장단 을 살펴보면,장 으로는 면 의 GaN 단결정 성장이

가능하다는 이다.단 으로는 아직까지 실험 인 측면에서 단결정 성장이 이루

어짐에 따라 실용화 양산을 해 많은 해결해야할 과제를 갖고 있다는 이다.

Ammonothermal법을 이용한 GaN 단결정 성장기술은 재 이론 확립을 통

해 연구단계에 있는 방법이며,아직까지는 기술군에서 낮은 정도의 요도

상을 갖고 있다.

16) GaN 크 결 , 한 과학 술 보원, 2006.05

-10-

Ⅱ.시장성분석

1.산업특성과 환경

가.산업개요

HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장기술은 고휘도 발 다이오드 등에 사용되

는 GaN 웨이퍼를 제조할 수 있는 반도체 장비 기술에 한 것으로,GaN 웨이퍼

를 제조하거나 GaN 소자를 제조하는 분야에 용할 수 있으며 AlN와 InN 화합

물의 성장도 가능하여 이 들 화합물의 박막 성장에 용될 수 있으며,1차 으로

는 학계에서 연구용과 문 제조업체를 상으로 사업화 정이다.물론 시장은

국내 시장에 국한된 것이 아니다.따라서 소재 측면에서는 제조공정 장비의 기

본 인 하드웨어 소재 제어시스템과 소 트웨어를 갖추고 최종 제품을 생산하

기 한 설비 산업의 범 에 속해 있고,용도 측면에서는 사 이어 기 에

후막 GaN 단결정을 성장하는 반도체 제조공정장비로 사용할 수 있어 련된 산

업은 반도체장비 산업이 된다.

<후방산업>

• 반도체장 부품

• 반도체소재산업

• HVPE 기

(반도체장 산업)

< 방산업>

• 반도체소자산업

(LED 조업)

<그림 2-1> 산업과 연 체계도

이 제조산업은 통계청의 표 산업분류에 의하면 세세분류기 에 의해 웨이퍼

가공 반도체 조립용 장비 등의 반도체 제조에 직 사용되는 기계장비를 제조

하는 반도체 제조용 기계 제조업 D29360으로 분류된다.이 산업분류에서 인쇄회

로 제조 련 장비 반도체 시험검사기 등과 같이 그 특정 기능을 갖는 장비

-11-

제조는 제외한다.한국은행의 기업경 분석에서는 D2932,4-6,9그 외 기타 특수

목 용 기계 제조업으로 기업경 분석 통계자료가 발표되고 있다. ․후방기술

산업과의 계를 살펴보면,후방기술 산업으로는 반도체장비에 사용되는 여

러 부품기술,장비설계기술 등을 설정할 수 있고, 방기술 산업으로는 HVPE

장비가 사용되는 반도체소자산업 특히 LED제조업을 설정할 수 있다.

구분 공정 장비 비고

공정

장비

Photo Coater,Developer,Stepper,Aligner실리콘 웨이

퍼를 가공하

여 칩을 만

드는 작업

Etch Etcher,Asher,Stripper

세정,건조 WetStation,WaferScrubber,Dryer열처리 Furnace,AnnealingM/C

불순물주입 IonImplanter

박막형성 CVD,PVD,Epitaxial성장,CMP

조립

장비

Dicing Scribber,Dicer칩에 리드선

을 붙이고

패키징하는

작업

BondingDieBonder,WireBonder,TunerLead

Bonder

PackingMoldingPress,Trimmer,LeadAnnealer,

LeadFormerMarking InkMarking,LaserMarking

검사

장비

테스트장비

LSI테스트시스템,VLSI테스트시스템,메모

리테스트시스템,CCD,테스트시스템,트

랜지스터테스트시스템단계마다 불

량여부 를

검사하는 작

업

로빙장비 로버,LaserRepair,테스트 핸들러에이징장비 에이징장비,번인장비,IC선별장비

기타장비Environment Chamber,Leak Detector,

PressureCooker계측기 형분석기,트리 장비

검사장비 OpticalMetrology,CD-SEM,TEM

기타

련

장비

Transfer

System

Wafer반송장치,자동반송시스템,자동반

송Station

순수약품용

장비Ultra-Filtration,OsmosisUnit,Sterilizer

가스용

장비가스생산,가스정화기,가스탐지

클린룸용

장비

CleanBench,Clear-Tunnel,Clean Draft

Chamber공기정화

<표 2-1>반도체 장비의 분류

출처:한국반도체산업 회(www.kisa.or.kr)

련 제품의 특징 주요 활용분야를 검토해 볼 때,HVPE기술은 반도체장비

산업에 속하며 LED등의 반도체 소자를 제조하기 해 사용되는 GaN 단결정 기

등에 사용되므로 주요 방산업으로는 HVPE장비가 사용되는 반도체소자산업

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특히 LED 제조업을 설정할 수 있고,후방산업으로는 반도체장비를 만들기 해

사용되는 여러 부품 소재 산업을 설정할 수 있다.

당해 산업이 방산업에 미치는 기여도 비 은,제조비용 감과 품질향상에

핵심 인 역할을 하고 있으며 제품은 한번에 여러 장의 후막을 성장하거나 면

의 GaN를 성장할 수 있어 제조비용의 감에 크게 기여할 것으로 망된다.

반도체장비 시장은 제조장비 종류별로 구분되는데 일반 으로 반도체장비는

<표 2-1>에서 보는 것과 같이 웨이퍼공정인 공정장비,칩에 배선작업을 하고 패

키지를 워 안정성 있는 제품으로 만드는 조립장비,성능을 시험하는 검사장비,

가스를 공 하거나 웨이퍼를 건조시키고 옮기는 등 각각의 칩 제조공정을 돕는

련장비 등으로 구분된다.

장비별 수요로는 부가가치가 높고 고도의 기술력을 필요로 하는 공정장비와

검사장비가 주축을 이루고 있고,국내기업들의 시장경쟁력이 있는 부분인 조립장

비와 련장비가 나머지를 차지하고 있다.수요시기별로는 공정장비와 조립장비

가 설비투자 기에 집 으로 일시 발주되며 검사장비는 후기에 단계 으로 발

주된다.

나.산업특성

반도체장비 산업은 최첨단 기술을 반 으로 이용한 종합 산업으로 국내에서

는 80년 반까지 원천 기술력이 부족하여 시장 진입에 어려움이 있었고 재

도 소자 산업에 비해 크게 낙후되어 있다.

국내 반도체장비 산업은 기술력의 부족으로 자체 조달이 어려워 수입의존도가

높으며 국산화의 경우도 합작투자와 해외기업의 국내생산이 큰 비 을 차지하고

있다.반도체장비산업은 반도체 산업의 경기와 련이 깊으며,일반 으로 반도체

산업의 설비투자가 매출액 증가에 후행하기 때문에 반도체 산업경기에 6개월 정

도 후행하는 경향을 보이며,경기의 진폭은 더 큰 경향을 보인다.

이러한 반도체장비 산업의 주요 특징들을 정리하면 다음과 같다.

① 시스템 집 화 산업이다.

반도체장비 제조업은 하드웨어가 아닌 소 트웨어 부문에서 부가가치를 창출하

는 산업이다.장비 제조공정의 추 부문은 CAD툴을 이용하여 장비를 주문처

인 소자업계의 제조공정에 합하게 시스템 디자인하는 것이다.

② 조립생산 산업이다.

반도체 장비는 많은 분야의 기술이 집약되어 제작되기에 세계 어느 장비 제조

기업도 장비생산은 조립생산범 를 벗어나지 못하고 있는 실정인데 이는 주요

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구성품이 부분 문화되어 문생산기업에서 제조하기 때문이다.장비의 하

드웨어 체 자체에서 생산하는 하드웨어를 기 으로 하면 그 비 은 20%

를 과하지 않는다.

③ 비장치 산업이다.

반도체장비 산업의 가장 큰 자산은 규모 시설투자를 통한 생산라인보다는 고

도의 기술력이 체화된 인 자원의 총량 R&D를 통해 확보한 핵심 요소기술

의 가치에 있기에 장비산업은 비장치 산업으로 분류된다.

④ 다품종 소량생산방식으로 견 소기업에 합한 산업이다.

소자기업 주문에 의해 장비가 제작되므로 기본 인 사양은 같지만 수요기업에

따라 설비의 사양이 달라 질 수 있고,설비의 생산기간이 비교 장기이며 생

산 수의 제한이 있다.따라서 량의 양산체제가 아니므로 형기업보다는

견 소기업에 합한 산업이다.

⑤ 고부가가치 산업이다.

형 인 지식기반 산업으로써,고 두뇌인력을 활용한 R&D에 사업의 성패를

건다.하드웨어 비 보다 소 트웨어 비 이 커서(장비별로 다소 편차가 있으

나) 공정 장비의 경우 SET당 매가격이 수십만-일천만불 상회(노 기 마

스크 제작용 패턴형성기)하는 반면,첨단 부분품 등 생산 원재료 구입비는 30%

내외에 불과하다.장비 제조업이 주로 창출하는 가치는 설계를 심으로 조립,

검사측정,설치 시운 ,A/S등이다.

⑥ 경기순환에 민감한 산업이다.

반도체 설비투자 사이클이 실리콘 사이클의 진폭보다도 오히려 더 크다.이에

따라 반도체 경기 호조시에는 장비기업의 매출액 증가폭이 소자기업보다 큰 반

면 불경기시에는 그 타격이 더 심하다.불경기시 소자기업은 출하가격이 하락

하고,재고가 늘어나는 손해를 입으나 장비기업은 생산량 자체가 격감(주문상

품이기 때문임)하는 것이다.

⑦ 산업의 연 효과가 큰 산업이다.

첨단 메카트로닉스 기술인 정 메카니즘 기술,인텔리 트 제어,머신비젼 기

술과 함께 로세스 노하우가 결집되어 자동화로 을 이용한 정 제어 분야 자

동차,우주항공,의료기기 등 타 정 가공산업에의 효과가 매우 높은 산업

이다.

⑧ 기술 신이 속히 진행 인 고 험 산업이다.

한 세 반도체 장비 부문에서 시장을 석권한 기업이라 해도 지속 인 R&D를

통해 차세 반도체 공정기술의 개방향을 정확하게 측하고, 비하지 않으

면 도태되는 수밖에 없다.이는 칩이 빠른 속도로 고집 ,고기능, 경량화하

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는 데 따라서 반도체 공정기술 한 빠른 속도로 변천하고 있으며,반도체 장

비란 바로 이러한 공정기술을 발 해 놓은 상품이기 때문이다.

다.산업환경

산업환경에 한 분석은 인구통계학 변화,소비형태 변화,거시경제환경 변

화,정부정책 변화,사회시스템의 변화 그리고 반 인 기술환경의 변화 등의 요

인들을 분석함으로써 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장기술이 사업화될 경우

어떤 기회요인들과 요인들을 상할 수 있고 이를 이용하거나 회피할 수

있는 경 략의 기 를 마련하는데 있다.

향후 상되는 거시 미시 산업환경측면을 살펴보면,먼 거시 으로

볼 때 고성능 는 고효율 반도체에 한 수요 확 로 당해 산업은 교체 새로

운 장비 수요의 증가로 향을 받을 것으로 보이며 거시경제 환경(환율,물가,이

자율,자본시장,에 지,노동환경 등)은 세계 인 반도체 경기침체로 인하여 당

해 산업에는 수익성의 악화로 향을 미칠 것으로 보인다.한편,미시 경제환경

을 보면, 반 인 반도체 경기침체와 반도체 공 과잉으로 반도체 시장의 최

이슈는 원가 감이며 당해 산업과 련 있는 수요자의 패턴은 가능하면 신 인

공정개 으로 원가를 감하고자 한다.

따라서 이러한 산업환경들은 사업을 추진하는 기업의 입장에서는 기존의 공정

라인을 신 으로 체할 수 있는 제품과 새로운 반도체 공정 제품의 요구 등과

같은 요인들이 사업기회요인으로 작용할 것으로 보이며,원천기술의 미확보로 인

한 경쟁력 취약이라는 요인으로 작용할 것으로 상된다.

결국 이러한 산업환경 하에서는 당해 시장은 신 인 제품으로 인하여 성장할

것이며 기존 장비는 수익성 악화로 나타날 것이다.당해 기업에게 주는 경 략

시사 은 기존 제품은 제조단가를 낮출 수 있게 시장 근하고 수요처와 긴

한 력체제를 유지하여 수요처가 계획하고 있는 새로운 장비를 일정에 맞게 공

할 수 있도록 연구개발에 매진하여야 할 것이다.

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2.시장의 구조

가.시장의 정의와 범

HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장기술이 제공하는 기본 인 편익은 고휘도

LED 제조공정에서 요구되는 면 의 GaN나 한 번에 여러 장의 후막을 성장할

수 있어 제조비용 감과 품질향상에 기여할 수 있는 제조공정장비를 제공하고자

하는 것이다.이러한 편익을 기 로 시장을 정의하면 반도체 제조장비 시장이라고

할 수 있다.기존의 시장에는 GaN 웨이퍼를 유기 속 화학에피법,분자선 증착

법,승화법을 용한 박막성장 공정장비가 있다.HVPE법 보다 기존의 기술은

성장속도가 수 μm/h로 느려 후막 GaN 단결정 성장에 합하지 않으며 승화법의

경우 아직까지 고품질의 후막 단결정을 성장할 수 있는 기술수 이 개발되지 않

았다.따라서 HVPE법과 같이 성장속도가 빨라 후막성장이 가능하고 사용하는 원

료의 가격이 싸서 제품의 제조원가를 낮출 수 있는 성장장비가 시장을 유할 것

으로 망하고 있다.이러한 련시장과 목표시장의 계는 <그림 2-2>와 같다.

수소화합물 기상증착기술

반도체 시장

반도체 제조장비시장

GaN후막 제조장비

<그림 2-2> 련시장과 목표시장의 계

각종 시장 련 자료는 반도체 제조장비 시장을 주로 분석되어 있으며 개별

공정장비의 세분화된 시장에 해서는 일부 분석된 자료가 있으나 GaN 후막성장

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제조장비의 통계자료는 악되지 않고 있으며 GaN의 통계자료만 언 되어 있다.

따라서 통계자료 등이 인용할 수 있는 반도체 장비 시장에서부터 차 GaN 시장

으로 분석하 다.

나.시장의 특성 구조

(1)시장의 특성

련시장인 반도체 장비 내수시장14)의 규모는 2003년 약 6,221억원 규모에서

2006년 9,633억원 규모로,복합연평균성장률이 15.7%가 되는 성장을 보 다.이에

반하여 세계 반도체장비 시장은 2005년 329억불규모에서 2006년 405억불규모로

년 비 23.1% 성장하 다.이 웨이퍼 처리공정 장비들이 약 287억불로 반도

체장비 시장의 약 70.8%를 유하고 있으며 2005년에 비하여 25.3% 성장하여

체 반도체 장비 시장의 성장에 비하여 약간 높은 성장성을 보이고 있다.2006년

세계 반도체 장비 시장은 주요 반도체 업체들의 65nm 공정과 300nm 웨이퍼 등

생산설비 련 규모 투자가 이루어지면서 웨이퍼 처리공정 장비 테스트 장

비를 심으로 수요가 회복되어 양호한 성장세를 기록한 것으로 보인다.국내 반

도체 장비 시장은 반도체 LCD경기의 호 으로 삼성 자,하이닉스,LG필립스

LCD등 기업을 심으로 설비투자 확 가 상되면서 세계 반도체장비 시장의

성장세를 상회하는 성장률로 성장하는 것이 기 되며 정부차원에서 반도체장비

국산화율 증가를 추진하고 있어 향후 꾸 한 시장확 가 망된다.

반도체장비 시장의 성장에 향을 주는 요인들로는 방산업인 반도체 소자산

업의 설비투자에 따른 것으로 설비투자는 반도체 경기의 호조와 부진에 따라 설

비투자가 지속되거나 축되기도 한다.즉,원가 감 품질의 유지 향상을

도모하기에 반도체 산업의 경기 축으로 제품개발 생산이 축되며, 방제품

의 공 과잉이나 수요감소로 인한 제조업체의 수익성 악화 시에 설비투자에 한

망이 불투명하게 된다.제조업체의 설비투자는 수요 망에 의해 이루어지고 있

는데 잘못된 망에 의해 과잉공 이 발생하면 수요에 한 기복이 '극과극'을 나

타낼 수 있어 제조설비 시장의 성장이 변하는 경우가 발생되기도 한다.

한편 시장에서 제품의 경쟁력을 결정하는 요인들은 기술의존,네트워크 의존,

신뢰성 등으로 요약할 수 있다.이는 기술군 련제품들이 기본 으로 주문자 생

산 방식에 의존하고 있기 때문이다.

14)무역 회 통계청 자료

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련 제조장비 제품은 최종 제품의 원가 감 기여도,품질 경쟁력 기여도 등으

로 제품차별화가 용이하여 반도체 웨이퍼,특히 고휘도 LED 반도체 웨이퍼 제조

업체의 요구가 높으며 아직까지 HVPE를 용한 생산라인은 많지 않고 시험 으

로 가동되고 있어 기술개발에 의해 소기업도 시장 진입이 가능한 상황이다.

시장의 특성을 수요구조 측면에서 살펴보면,주요 수요기업은 국내 웨이퍼 제

조사인 삼성코닝과 LG실트론 등이 있으며 해외 시장의 진출은 국내의 수요처를

통해 제품검증하여 이루어지고 있다.해외에는 일본과 만, 국이 있다.2006년

을 기 으로 한국,일본, 만이 시장을 58% 이상 유하고 있다15).2006년 시장

은 크게 성장하 으나 이후 성장률의 변화가 다소 낮을 것으로 보인다.

제품이 시장에 출시될 경우 상되는 시장의 반응은,일부 양산테스트 라인에

용되고 있는 경쟁제품도 있지만 획기 인 것으로 인식될 것으로 보이며 이는

여러 장의 GaN 웨이퍼를 확보할 수 있는 후막 성장이 가능하고 여러 장 는

면 의 성장도 가능하여 원가 감에 한 요구에 응할 수 있다는 것이다. 한

1웨이퍼/run인 장비가 2백만불에 형성되어 매되고 있으나 HVPE법을 이용한

GaN 단결정 성장기술이 개발될 경우 1~1.5백만불에 장비를 매할 수 있어 제조

업체 입장에서는 설비투자 비용을 감할 수 있다.

시장의 특성을 공 구조 측면에서 살펴보면,주문생산자 방식의 공 구조를 갖

고 있지만,기술 요인에 의해 시장진입과 퇴출이 비교 자유로우며 시장에서

공 자들 간의 경쟁은 그리 치열한 편은 아닌 것으로 보인다.

(2)제품 황 특성

주요 제품의 종류와 황,그 특성을 통하여 시장의 특성을 살펴본다.

GaN는 일반 으로 다른 반도체들의 웨이퍼 제작에 사용되는 용융방법으로 제

작하기가 어렵다.즉 매우 높은 고온(1500℃)과 고압(104Bar)의 조건이 필요하고

이 게 제작되었어도 그 크기가 1㎠ 이하이므로 소자 제조를 한 기 으로 사용

하기가 곤란한 단 이 있다.따라서 GaN를 이용한 소자제작은 사 이어나 SiC와

같은 리기 을 사용하고 있으나 고휘도 고출력 소자 제작시에는 열 문제

등의 한계가 있어 GaN 웨이퍼의 필요성은 실하다.

후막 GaN 단결정 성장을 해 주로 성장 속도가 수십~수백 ㎛/h로 빠른

HVPE법이 사용되고 있으며 재 2인치 400㎛ 두께의 상용화된 GaN 웨이퍼는

HVPE방법으로 후막 GaN를 성장하고 이를 분리함으로써 제작된 것이다.HVPE

의 다른 장 은 사용하는 원료의 값이 싸 제품의 제조 원가를 일 수 있다.

15)SEMI(www.semi.com),2007.07

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하지만 재 HVPE를 매하는 회사는 거의 없으며 GaN 웨이퍼를 생산하는

업체에서는 자체 개발한 HVPE시스템을 사용하고 있어 장비에 한 정보는 공유

하지 않고 있는 실정이다.

<그림 2-3>반도체 제조공정의 단계별 설명

자료:'반도체/LCD장비 산업분석 리포트', 신증권,2005년 5월 10일.

HVPE를 이용하여 거의 부분 GaN를 연구 산업 으로 이용한다.1969년

에 Maruska등에 의해 처음으로 GaN 성장이 보고된 이후로 기술 발 이 없다

가 GaN의 후막성장의 용이 이를 분리하여 자립형 GaN 웨이퍼를 개발이 가능

해져 많은 연구가 이를 기반으로 진행되고 있다16).GaN와 기 물질의 물리 특

16)이 기,김 우,'질화갈륨(GaN)성장 사 이어(Sapphire)단결정 Wafer제조 기술개발 동

향',부품소재종합정보망,2004.

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성 차이 기인해 후막성장의 어려움으로 부분의 연구가 장비보다는 공정 기

처리 기법(ELOG등)에 을 두고 연구가 진행되고 있는 실정이다.

표 인 업체로는 일본의 스미토모,히타치 이블,미국의 크리,TDI, 랑스

의 루미로그 등이 있으며 국내에서는 삼성코닝,LG 실트론 등이 있다.그 외 많

은 연구 그룹이 HVPE를 이용한 GaN물질 연구를 진행하고 있다.AIXTRON은 독

일 스웨덴에 있는 학교와의 장기간의 공동연구를 통하여 세계 최 로 상

용화된 HVPE장비를 매하기 시작하 다.

소스 속을 Ga 신 Al을 사용하면 AlN의 성장이 가능하나 Al 속과

HVPE의 반응로의 재질인 SiO2와의 높은 반응성으로 AlN의 연구가 힘들어 졌으

나 최근 들어 Al과 HCl을 반응시켜 AlCl이 아닌 AlCl3를 형성시킴으로써 SiO2와

의 반응성을 여 AlN 연구에 활기를 띄기 시작하 다.

HVPE를 이용 AlN연구 epi웨이퍼를 생산하는 곳은 NGKinsulator,Tokyo

University,미국의 TDI사 등이다. 부분 한 가지 속물질을 이용하나 최근 들

어 Al과 Ga 속을 동시에 이용 AlGaN 성장이 보고되고 AlGaN epi웨이퍼도

TDI사에 의해 매되고 있다.TDI사는 AlGaN 성장 뿐만 아니라 이들 비율을 다

르게 해 교차 성장함으로써 HVPE에서 불가능할 것으로 여겨졌던 MQW을 성장

하 다고 보고하 다.국내에서 이에 한 연구는 한국해양 학교에서 연구를 진

행하고 있다.

HVPE는 리액터 구조에 따라 수평형과 수직형으로 나 수 있다.수평형의 장

은 열 으로 안정 인 가스 흐름을 형성하고,소스 성장실의 온도 분리를 확

실하게 할 수 있다는 장 이 있을 뿐만 아니라 제작이 기존 다른 장비의 변형이

용이해 많은 연구 그룹에서 진행되어 왔다.하지만 가장 큰 단 은 면 여

러 장의 웨이퍼 양산의 근이 용이하지 않다는데 있다.

<그림 2-4>에서 보는 바와 같이 AIXTRON의 상용화된 HVPE는 수평형 구조를

가지고 있다.한편 수직형 리액터는 양산성이 우수할 것으로 단이 되나 소스실

과 성장실의 온도 분리가 어려우며,열 으로 많은 류가 발생하고 SiO2와 GaN

이 반응한 물질이 어느 일정한 두께 이상이면 쉽게 웨이퍼로 떨어질 수 있는 오

염문제가 있어 재 까지는 많은 어려움을 겪고 있다.AXITRON에서는 스웨덴의

학과 공동으로 upstream의 수직형 HVPE를 개발하여 발표하 고,그 외 많은

연구 그룹 등이 hotwall이 아닌 coldwall방식을 이용 SiO2와 GaN 반응을 게

해 웨이퍼로 반응물질이 떨어지는 문제를 최소화하는 방향으로 연구를 진행하고

있다.국내에서는 시스넥스라는 업체에서 수직형 HVPE를 제작 매한다고 알려

져 있다.

시스넥스의 Wonder시리즈는 MetalGa과 할로겐족 염화물 가스를 이용하는

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HVPE로 고순도,양질의 GaN-결정후막(結晶厚膜)을 얻을 수 있다.Al,In소스를

이용하여 AlGaN,InGaN 후막을 성장시킬 수 있으며,미량의 Si과 Mg등을 이용

하여 n타입 혹은 p타입으로도 도핑 가능하다.최근에는 장비 구성이 간단하고

높은 성장률과 고품질의 후막 성장이 가능하여 고출력 소자 생산용으로 많이

개발되고 있으며, 시스넥스에서는 MOCVD의 기능을 추가한

MO-HVPE(Metal-organicHVPE)도 제작 가능하다.

<그림 2-4>AIXTRON의 HVPE장비

출처:AIXTRON사 홈페이지(http://www.aixtron.com/)

<그림 2-5>에서 보는 바와 같이 WONDER240series(4x2")는 보다 향상된 생

산성을 해 개발되었으며,더 많은 웨이퍼를 동시에 성장 가능한 형 HVPE장

비도 재 개발 에 있다.

최근 미국의 TDI사에서 HVPE로 6인치의 GaN epi웨이퍼 성장을 성공하 다

고 보고하 으며,일본의 히다치 이블에서도 3인치의 GaN 웨이퍼를 개발하 다

고 2007년 4월에 개발하 다고 보고함으로써 면 양산에 한 연구가 활기

를 띄고 있다.일본의 NipponEMCLtd.,미국의 AppliedMaterials에서도 HVPE

양산장비 시스템 개발을 진행 인 것으로 알려져 있다.

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<그림 2-5>시스넥스의 HVPE장비

출처:시스넥스사 홈페이지(http://www.sysnex.com/)

(3)시장 구조 경쟁 황

제품시장은 량으로 소요되는 일부 장비를 제외하고는 소수 특정업체에서 제

품별로 독 는 과 하고 있는 경우가 많다.

한,시장규모,크기 등이 소기업에 당한 산업으로써 기술능력이 확보된

선별업체를 제외하고는 기술획득의 어려움이 있어,당해 장비 생산업체의 특성과

기술 자본능력 등을 고려하여 한 분야로 특화된 틈새시장을 보유하고 있는 것

이 일반 이며,같은 분야에서의 경쟁은 심하지 않은 상황이다.

세계 반도체 장비 주요기업은 AMAT(미국),TEL(일본),ASML(네덜란드),

KLA-Tencor(미국),Advantest(일본),Lam Research(미국),Canon(일본),Novellus

System(일본),히타치텍(일본)으로 네덜란드 기업인 ASML를 제외하고, 부분 미

국과 일본 업체가 차지하고 있다.2006년 미국의 AMAT는 년 비 41.3%의 매

출증가율을 기록하면서 선두를 유지한 것으로 보이며,일본의 TEL도 9.5%의 양호

한 성장세를 기록하면서 2 자리를 차지하 다.2006년에도 1 에서 5 까지의

기업들의 순 변동이 없었으며,장비산업의 특성(기술력,시장선 측면)상 단기

간 내 큰 순 변화는 보이지 않을 것으로 보인다.

국내 반도체장비 련 업체수는 한국반도체산업 회 등록사 기 으로 150여개

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이며,최근 외국 반도체장비업체가 국내 100% 단독투자 국내 장비업체와의 합

작생산,기술제휴 등으로 국내 시장에 진출하고 있어 경쟁이 치열해지고 있

는 것으로 보인다.부분별 주요 기업을 살펴보면, 공정장비는 주성엔지니어링,

아토,아이피에스,피에스 이 등이 있으며,조립장비는 한미반도체,삼성테크 ,

검사장비는 디아이, 이컴, 롬써어티 등이 상 으로 시장에서 약진하고 있는

것으로 보인다.

최근 주성엔지니어링,디엠에스, 이씨텍,신성이엔지,에스엔유 리시젼,에이

디피엔지니어링 등의 LG필립스LCD 력사와 세메스,참앤씨,코닉시스템,에스에

아이,엔씨비네트웍스 등의 삼성 자 력사가 8세 투자와 련하여 경쟁하고

있으며, 한 하이닉스의 M11라인 건설에 따라 주성엔지니어링, 이씨텍,피에스

이,유진테크 등이 장비 수주경쟁을 펼치는 등 주요요 반도체 디스 이 업

체 내의 수주경쟁이 치열해질 것으로 단된다.

(4)시장진입장벽

반도체 장비 시장은 고도의 기술력이 요구되는 분야로 신규업체의 진입장벽이

높은 시장으로 평가되고 있다.기존의 생산라인에서 검증된 것을 반도체 제조업체

가 굳이 바꾸는 것을 선택하기 쉽지 않으나 원가 감의 요구가 높아 개선되어야

하는 제조장비나 새로운 반도체에 의한 제조장비는 기술개발에 의한 시장진입이

다소 낮다고 볼 수 있다.반도체 장비 시장의 진입을 어렵게 만드는 요인은 다음

과 같다.

첫째,반도체 장비 시장은 수요업체가 매우 한정 이며,수요업체별․제품별 독

는 과 이 뚜렷하다.

둘째,제품의 품질과 수율에 직 인 문제가 야기되지 않는 한,신규기술의 도

입에 보수 ․폐쇄 성향을 띤다.

(5) 련정책 법규․표 화 황

정부가 2003년 8월 국민소득 2만달러 시 를 이끌 10 성장동력으로 선정한

산업으로,지능형 로 ,미래형 자동차,차세 반도체,디지털 TV 방송,차세

이동통신,디스 이,지능형 홈 네트워크,디지털 콘텐츠/SW 솔루션,차세

지,바이오 신약 장기가 여기에 속한다.산자부 장 을 단장으로 경제단체장,

산업별 회 연구기 장 등이 참여하는 ‘차세 성장동력 추진단’을 구성하고

2008년까지 총 3조5000억원을 투자하기로 했다.

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반도체 산업과 련하여 국내의 환경규제는 국내 생산자 책임재활용 제도(EPR:

ExtendedProducerResponsibility)의 시행이 있으며 국제 환경 약에 의한 환경

규제로는 1992년 기후변화 약과 1997년 교토의정서를 통해 지구온난화 기상

이변 등을 방지하기 한 국제 환경정책,1985년 비엔나 약과 1987년 몬트리올

의정서를 통해 오존층 보호를 해 오존층 괴물질의 규제를 한 정책이 실시

되고 있다.EU의 RoHS(RestrictionoftheuseofHazardousSubstances)에 의해

2006년 7월부터 6 유해물질(Pb,Cd,Cr+6,Hg,PBB,PBDE)함유 자제품의

유럽내 반입 지되고 있다.제품과 련하여 유럽 시장이 거의 없어 이에 해 미

치는 향은 미미한 것으로 보인다.

다.시장 동향

국내 반도체 산업은 세계 으로 경쟁력을 보유하고 있으나 반도체 장비는 18%

정도만이 국내에서 생산,공 되고 있으며, 부분이 일본과 미국에서 수입하는

등 여 히 산업기반이 취약한 실정이다.

<표 2-2>에서 보는 바와 같이 2006년 국내 반도체장비 생산규모는 반도체 경기

호조와 함께 삼성 자,하이닉스 등 주요 반도체 소자업체들의 기존 설비 업그

이드 낸드 래시 생산능력 확 를 한 투자가 지속되면서 큰 폭의 증가세를

기록한 것으로 보인다.2007년 체 인 생산 증가세는 2006년 비 증가된 것으

로 단된다.2007년의 반도체장비 생산은 1조 7,443억원 규모이며 이 내수시장

으로 매된 것은 11,544억원 규모이다.

구분 2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 증감률

생산 765,844 1,072,465 980,438 1,292,122 1,744,308 34.9

내수 622,121 842,089 746,843 963,354 1,154,447 19.8

<표 2-2>국내 반도체장비 수 실 추이

(단 :백만원,%)

주: 년동기 비 증감률임.

출처:통계청 공업동태조사

제품은 고휘도 LED 소자를 제조하는 GaN 웨이퍼를 생산하기 해 사용되므

로 방시장의 경기변동에 향을 받는다.따라서 방시장인 백색 LED 시장 동

-24-

향을 살펴보면 다음과 같다.

<그림 2-6>에서 보는 것과 같이 2005년 세계 백색 LED시장은 약 2,483억엔이

었으며,2006년은 2,396억엔이었던 것으로 추정된다.본격 으로 LED가 여러 산업

분야에 응용될 것으로 상되는 2007년에는 2,398억엔,2010년에는 2,514억엔으로

년에 비해 액상으로는 약간의 감소가 망된다.이는 지속 인 수요업체의 단

가 인하 요구에 따른 것이며 수량 면에서는 2005년 532억개에서 2007년 590억개

로 증가할 것이 추정된다.반도체 장비시장과는 달리 백색 LED 시장은 지속 인

성장세에 있는 것으로 보인다.2005년 기 업체별 세계시장 유율은 니치아

40.3%,시티즌 17.6%,오스람 14.1$,도요다고세 13.0%,기타 15.1%이다.2007년도

에도 유사한 수 인 것으로 추정된다.

<그림 2-6>백색 LED의 세계시장규모

(단 :10억개,억엔)

출처:'2006유망 자부품재료조사총론',FujiChimeraResearch

라.업체 동향

2007년 10월 1일자 자신문은 하이닉스가 M11(청주,12인치)의 장비발주를 10

월 말부터 시작할 것이라고 보도했다.언론에 의하면 M11라인의 본격 가동시기는

2008년 4월로 상되고 있으며 장비구매에 총 3조원 가량이 들어갈 것이라고 밝

혔다. 상 투자규모 3조원은 월 50k웨이퍼를 생산하는데 필요한 투자 액이여

-25-

장비발주는 10월 말부터 시작하여 2008년까지 2~3차례 하게 될 것이라고 보도되

었다.하이닉스는 이번 M11라인 장비의 상당수를 국산장비로 충당할 계획이며 삼

성 자 력업체의 장비도 구매할 의지를 가지고 있는 것으로 알려졌다.

구체화되고 있는 반도체 장비시장과 하이닉스의 높은 국산화 의지는 2008년 장

비업체의 실 은 정 일 것으로 보인다.삼성 자의 2008년 반도체 설비투자규

모와 투자시 은 아직 공식 으로 언 되지는 않은 상황이고,이번 하이닉스의

상 투자규모가 신규투자인 M11라인에 국한되어 있긴 하지만 메모리업황 부진에

도 불구하고 2008년 국내 소자업체의 투자의지를 확인했다는 과 불확실성이 일

정부분 제거되었다는 측면에서는 정 으로 평가할 수 있다.2007년 국내 반도체

설비투자가 상당부분 진행됨에 따라 반도체 장비수주 모멘텀은 둔화되고 있는 상

황이며 2007년 3분기 장비업체 부분의 실 이 2분기 비 마이 스 성장이

상되고 있다.

하이닉스는 2006년부터 공격 인 설비투자를 진행하고 있으며 2008년에도 이러

한 추세가 계속될 망이다.신규투자(M11라인)와 기존라인 증설투자로 2008년

하이닉스 투자규모는 2007년과 비슷한 4조원 규모가 될 것으로 망된다.하이

닉스 최 12인치 fab인 M10의 설비투자 경향에서도 악할 수 있듯이 하이닉스

는 국산장비를 극 으로 채택하고 있으며 M11라인도 하이닉스 장비 국산화 의

지는 계속될 망이다.이러한 하이닉스의 국산화 의지에 따라 신규업체의 편입도

상되지만 기존업체들의 M/S확 도 기 되고 있어 하이닉스 매출비 이 높은

장비업체의 실 에 정 인 향을 미칠 것으로 상된다.

M11라인은 Nand를 주력으로 생산하는 Fab이다.2008년 하이닉스 투자는

Nand제조를 한 장비구매가 주류를 이룰 것으로 망된다.하이닉스의 NAND

의 투자확 에 따라 NAND공정조건에 맞추어 장비를 개발하고 있는 장비업체들

이 있고 재 양산라인에서 평가 이다.2007년 10말에서 11월 장비성능 평가

가 마무리 되면서 장비발주가 이루어질 것으로 상되고 있어 장비업체에게

다른 성장의 기회를 제공할 것으로 망된다.

하이닉스 매출비 이 높은 반도체 공정 장비업체로 이씨텍,유진테크,주성

엔지니어링이 있으며 2008년 뛰어난 실 개선 모습을 보일 것으로 단된다. 이

씨텍은 반도체 wet장비 국산화 성공과 함께 하이닉스내 비 이 지속 으로 확

되고 있다. 이씨텍의 경우는 반도체외 LCD투자확 에 따른 수혜도 기 된다.

유진테크는 2008년 NAND장비 국산화에 따른 표 인 수혜업체이다.유진테크

는 NAND 장비시장에 신규진입으로 2008년 고성장이 상된다.주성엔지니어링

도 NAND제조에 많이 사용되고 있는 HDPCVD장비가 양산검증 에 있어 2007

년 11월이면 장비수주 가능 여부를 알 수 있을 것으로 상된다.

-26-

반도체장비 업체의 동향과 달리 방산업 업체인 LED제조업체의 동향은 다음

과 같다.

<표 2-3>에 각 제조 과정별 국내 LED 업체를 나타내었다.국내 LED선두업체

인 삼성 기 LG이노텍이 기 을 제외한 부분의 제조과정을 수행하여 LED

완제품을 생산 매하고 있는 반면,타 업체들은 각자의 기술 사업 경쟁력을

기반으로 1개 는 2개 이상의 제조 과정을 통하여 사업을 추진하고 있다.

기 Epi-wafer Chip Packaging 모듈 패키징 응용제품

업체

삼성 기,LG이노텍

나이넥스

서울반도체,럭스피아,루미마이크로

이츠웰,

나라지온,

자

이츠웰, 자,나리지온

네오세미테

크

에피밸리

에피 러스

SSI

LTI

Photron등

나모텍,엘피 자,한성엘컴텍,

한국고덴시,AP 자,한국

기교통, GL신호조명,트래픽

ITS,포 스 자통신,오스람

코리아,EST,넥손,장우엔지

니어링 등 다수

<표 2-3>LED각 제조 과정별 국내 업체

출처:자체 재구성

물론,삼성 기나 LG이노텍은 LED 제조과정을 자체 으로 수행하여 생산

하고는 있으나 이들 업체들이 웨이퍼나 칩 단 로 제품을 매하는 것이 아니라

응용에 합한 LED완제품으로 제작하여 매하고 있는 실정이다.한편,제조 과

정별 제품을 생산, 매하는 업체를 살펴보면,에피 웨이퍼(Epi-wafer)의 경우는

에피밸리,에피 러스,나이넥스,옵토웨이퍼텍 등,칩은 이츠웰,나이넥스,나리지

온, 자 등,패키징은 서울반도체,나리지온,럭스피아,Photron등이 표 이

다.

아래 <표 2-4>～<표 2-6>에는 국내업체들의 칼라별 LED 개발 출시 황을

나타내었다.에피 웨이퍼 생산 표 소기업인 에피밸리 에피 러스는 재

-27-

(에피 러스),청,녹색용 웨이퍼를 생산 매하고 있으며 백색용은 개발 인

것으로 알려져 있다.반면,삼성 기 LG이노텍,서울반도체는 백색 LED를 이

미 개발 완료하여 출시하고 있다.칩 공 업체 나이넥스는 청,녹색을,이츠웰,

자는 백색,청색,녹색, 색 등 모든 칼라의 LED칩을 국내외 업체에 공 하

고 있다.LED패키징의 국내 표 인 업체로는 서울반도체,럭스피아,나리지온,

Photron등을 들 수 있으며 아래 <표 2-4>에 칼라별 개발 황을 나타내었다.

황 백색 청 녹

개발Epiplus

Epivalley

개발완료

출시

삼성 기

LG이노텍

삼성 기

LG이노텍

Epiplus

Epivalley

Epiplus

EpivalleyEpiplus

<표 2-4>국내 업체의 칼라별 에피 웨이퍼 개발 황

출처:자체 재구성

황 백색 청 녹

개발 - - - Epivalley

개발완료

출시

삼성 기

LG이노텍

이츠웰

자

삼성 기

LG이노텍

이츠웰

나이넥스

자

Epivalley

이츠웰

나이넥스

자

Epivalley

Epiplus

이츠웰

자

<표 2-5>국내 업체의 칼라별 칩 개발 황

출처:자체 재구성

-28-

황 백색 청 녹

출시

호 기

한

오스람코리아

LG이노텍

서울반도체

럭스피아

루미마이크로

등

AP 자

한국 기교통

GL신호조명

트래픽ITS

포 스

EST

넥손

장우엔지니어

마이크로텍 등

- -

<표 2-6>국내 업체의 칼라별 시스템 개발 황

출처:자체 재구성

LED 련하여 해외의 표 인 업체로는 일본의 니치아화학,토요다 고세이

등,미국의 Lumileds,Cree,Gelcore등,독일의 Osram Opto등을 들 수 있으며,

이들 업체들은 세계 LED 기술 뿐 아니라 응용제품 개발 시장을 선도하고

있는 실정이다.한편,후발이기는 하나 최근 만, 국,한국 등 비 일본 아시아

계(non-JapanAsian)업체들이 거 동 시장에 참여하여 시장진입을 하여 약진

하고 있다.특히, 만과 국 업체들의 LED 칩 련 제품의 량생산 이

에 따른 가 공세로 선두업체들을 하고 있어 선두업체들은 신기술 개발,고

부가가치 상품개발,특허 공략,제품의 가격하락 등으로 이에 맞서고 있다.더불어

조명사와 화합물반도체간 합작사 설립,업체간 기술,특허 동맹 제휴를 꾀하는

등 LED시장이 복잡한 계로 얽 있어 향후 이에 한 향방이 주목되고 있다.

먼 LED시장의 확 특히,조명에 한 잠재시장을 타깃으로 조명회사와 화

합물반도체 회사간 합작회사 설립 를 보면 다음과 같다.독일의 Siemens와

Osram이 연합해 Osram OptoSemiconductors를 설립한데 이어 Philips와 HP가

Lumileds,미국의 GE Lighting과 MOCVD 장비회사인 Emcore가 합작으로

GELcore란 회사를 탄생시켰다.조명 LED 기술 선두업체간 략 제휴를 통

해 시장 지배력을 강화하겠다는 의도이다.

LED 업체간 기술 특허 력 계를 나타내고 있다.특허 력은 주로 LED

기술 련 원천특허를 부분 보유하고 하고 있는 일본의 니치아화학사를 심으

로 이루어지고 있다.이는 특허 련 분쟁에서 니치아의 일부 패소에 기인하여 니

치아사의 특허사용 략이 완화되고 있음을 의미하는 것으로 분석된다.즉,니치아

사는 과거 LED사업의 “독 사용” 략에서 향후 “라이선스 계약”형태로 특

-29-

허 사업 략을 변경하고자 하는 것으로 상된다.니치아사는 표 으로 일본

의 ToyodaGosei 독일의 Osram과 백색 LED 련 특허 라이센싱,미국의

Lumileds 일본의 Citizen과는 특허 크로스 라이센싱 계약을 체결하 다.한편,

ToyotaGosei는 자사의 백색 LED칩에 하여 일본의 Toshiba와 기술 약을 체

결하여 패키징을 의뢰하고 있다.니치아와 백색 LED 라이센싱 계약을 체결한 독

일의 Osram은 재 니치아와 특허 분쟁 계에 있는 일본의 Rohm 국내 삼성

기와 백색 LED 라이센싱(특히,형 체 물질 사용)계약을 체결하 고 일본

Rohm사는 미국의 Cree 만 Everlight/Lite-on사와 특허 계약을 체결하는 등

상호 력체제 하에서 사업을 진행,추진하고 있는 실정이다.

GaN 웨이퍼 생산하는 업체는 자체 개발한 HVPE시스템을 사용하고 있어 장

비에 한 정보는 공유하지 않고 있는 실정이다.HVPE를 이용하여 거의 부분

GaN를 연구 산업 으로 이용한다. 1969년에 Maruska등에 의해 처음으로

GaN 성장이 보고된 이후로 기술 발 이 없다가 GaN의 후막성장의 용이 이

를 분리하여 자립형 GaN 웨이퍼를 개발이 가능해져 많은 연구가 이를 기반으로

진행되고 있다17).

HVPE를 이용하여 GaAs 에 DEEP공법을 사용하여 최 로 2인치 400㎛의

GaN 웨이퍼를 개발하 다고 스미토모에서 발표한 이래로 많은 업체에서 2인치

GaN웨이퍼를 생산하여 팔고 있으나 가격은 매우 높게 형성되어 있다.GaN와 기

물질의 물리 특성 차이 기인해 후막성장의 어려움으로 부분의 연구가 장비

보다는 공정 기 처리 기법(ELOG 등)에 을 두고 연구가 진행되고 있는

실정이다. 표 인 업체로는 일본의 스미토모,히타치 이블,미국의 크리,TDI,

랑스의 루미로그 등이 있으며 국내에서는 삼성코닝,LG 실트론 등이 있다.그

외 많은 연구 그룹이 HVPE를 이용한 GaN물질 연구를 진행하고 있다.

AIXTRON은 독일 스웨덴에 있는 학교와의 장기간의 공동연구를 통하여

세계 최 로 상용화된 HVPE를 매하기 시작하 다.소스 속을 Ga 신 Al

을 사용하면 AlN의 성장이 가능하나 Al 속과 HVPE의 반응로의 재질인 SiO2와

의 높은 반응성으로 AlN의 연구가 힘들어 졌으나 최근 들어 Al과 HCl을 반응시

켜 AlCl이 아닌 AlCl3를 형성시킴으로써 SiO2와의 반응성을 여 AlN 연구에 활

기를 띄기 시작하 다.HVPE를 이용 AlN연구 epi웨이퍼를 생산하는 곳은

NGKinsulator,TokyoUniversity,미국의 TDI사 등이다. 부분 한 가지 속물

질을 이용하나 최근 들어 Al과 Ga 속을 동시에 이용 AlGaN 성장이 보고되고

AlGaN epi웨이퍼도 TDI사에 의해 매되고 있다.TDI사는 AlGaN 성장 뿐만

17)이 기,김 우,“질화갈륨(GaN)성장 사 이어(Sapphire)단결정 Wafer제조 기술개발 동

향”,부품소재종합정보망,2004.

-30-

아니라 이들 비율을 다르게 해 교차 성장함으로써 HVPE에서 불가능할 것으로 여

겨졌던 MQW 성장하 다고 보고하 다.

-31-

【참고문헌】

1.국내문헌

한국과학기술정보연구원,“GaN의 벌크 결정성장”,2006

한국정 화학공업진흥원,“차세 GaN 결정 개발”,2007

Kis-LineIndustryReport,“반도체장비”,2007

신증권,“반도체/LCD장비 산업분석 리포트”,2005

이 기 등,“질화갈륨(GaN)성장 사 이어(Sapphire)단결정 Wafer제조 기

술개발 동향”,부품소재종합정보망,2004

FujiChimeraResearch,“2006유망 자부품재료조사총론”

2.신문 등 정기간행물

KISTI 로벌동향 리핑(GTB), 발 소자 워 회로용 GaN 기 기술 동향

KISTI 로벌동향 리핑,2007.09

KISTI 로벌동향 리핑(GTB), 고효율 LED 실 을 향해 도쿄 학 등이 ZnO

기 상에 무극성 GaN 결정을 작성 ,2007.01

3.인터넷 사이트

KIPRIS홈페이지 (http://www.kipris.or.kr)

WIPS홈페이지 (http://www.wips.co.kr)

한국 자통신연구원 홈페이지 (http://www.etri.re.kr)

자정보센터 홈페이지(http://eic.re.kr)

기술평가정보 유통시스템 홈페이지(http://www.firstep.or.kr)

e특허나라(http://www.patentmap.or.kr)

무역 회(www.kita.net)

통계청(www.nso.go.kr)

한국반도체산업 회(http://www.ksia.or.kr/)

SEMI(http://www.semi.com/)

AIXTRON사 홈페이지(http://www.aixtron.com/)

시스넥스사 홈페이지(http://www.sysnex.com/)