1000억원 더 내야 할 판. 반도체 업계 초비상 | 아주경제

전력 당국이 전기요금을 전격 인상하면서 대표적인 전기 다소비 업종인 반도체 업계가 생산단가 상승을 피하기 어려울 전망이다.

최근 들어 원자재 가격·물류비 인상으로 산업계의 고충이 가중되는 상황에서 전기·가스요금마저 잇달아 오르면서 기업의 부담도 가중되는 상황이다.

특히 전기요금은 당분간 고공행진을 계속할 전망이나, 반도체 업계의 전력 수요는 꾸준히 늘어날 것으로 예상돼 대응책 마련이 시급해 보인다.

반도체 업계는 대표적인 전기 다소비 업종이다. 거대한 장비를 다량으로 24시간 가동해야 하기 때문이다.

실제로 삼성전자와 SK하이닉스의 가장 최근 지속가능경영보고서에 따르면 두 기업은 2020년 한 해 각각 2만2916GWh(기가와트시), 2만3168GWh 규모의 전력을 사용했다. 두 기업을 합쳐 4만6084GWh에 달하는 전기를 쓴 셈이다.

삼성전자는 2018년 2만558GWh, 2019년 2만1160GWh 등 매년 2만GWh 이상의 전력을 사용하고 있다. SK하이닉스도 2018년 2만1784GWh, 2019년 2만1838GWh로 삼성전자와 비슷한 수준의 전력량 수요를 보인다.

지난 27일 한국전력이 3분기 연료비 조정단가를 ㎾h(킬로와트시)당 +5원으로 조정한 것을 고려하면, 2020년 사용량을 기준으로 단순 계산하는 경우 두 기업은 연간 1145억8000만원, 1158억4000만원의 전기요금을 더 내야 한다는 결과가 나온다.

이처럼 연료비 조정단가 인상은 산업계에 큰 부담일 수밖에 없다. 일반적으로 산업용 전기요금은 가정용보다 낮은 가격에 제공된다. 그러나 연료비 조정단가의 경우 용도와 상관없이 일률적으로 적용되므로 ㎾h당 +5원의 상승분이 고스란히 반영된다.

반면 가정용·산업용 등 용도별로 가격이 다른 전력량 요금의 경우 전력당국이 가격을 올릴 때 용도별로 다르게 인상률을 정한다. 그나마 피해를 덜 보게 되는 셈이다.

반도체 공장 내부 1000억원 더 내야 할 판. 반도체 업계 초비상 | 아주경제 [사진=삼성전자]

문제는 당분간 전기요금이 고공행진을 계속할 것이란 전망이 지배적이란 점이다. 실제로 한국전력에 따르면 3분기 연료비 조정단가는 산술적으로 ㎾h당 33.6원이 반영됐어야 했다.

그러나 변동성 완화를 위해 연간 조정폭 상한선을 ㎾h당 5원으로 정해놓은 탓에 연료비 상승분을 최종 소비단으로 완벽히 전가하지 못했다.

전력업계에서는 연료비 조정단가는 구조적으로 연내에 더 오를 수 없지만 전력량 요금을 인상하는 방식으로 전력당국이 전기요금 재차 인상을 시도할 여지가 있다고 본다.

이 경우 절차가 조금 더 복잡하고 전체·용도별 요금 인상폭을 고려하는 등 번거로운 과정이 늘어나지만 한전은 연료비 외적인 부분으로도 원가 상승 압박을 강하게 받고 있으므로 추가 인상을 위한 고민을 하지 않을 수 없다.

반도체 업계가 전력 사용을 줄이는 것도 어려운 상황이다. 24시간 가동되는 반도체 공장의 특성상 전기를 절약할 수 있는 폭이 제한적이기 때문이다.

게다가 여전히 최신 공장을 중심으로 장비가 채워지고 있고, 삼성전자 P3나 SK하이닉스 용인팹을 필두로 신규 대규모 반도체 공장이 들어서는 등 절대적인 생산량이 늘고 있다.

최근에는 기업들이 ESG(환경·사회·지배구조)를 의식해 전력사용량을 최소화하고자 하고 있다. 그러나 절대적인 반도체 생산량이 급증하는 상황에서 전기 사용을 줄이는 것은 현실적으로 어렵다.

원자재 가격 인상, 물류난 등 생산단가가 오르면서 가격 인상 압박을 받는 산업계로서는 추가 전기요금 인상이 이뤄진다면 시름이 깊어질 수밖에 없다.

반도체 업계 한 관계자는 “1000억원이 적은 돈은 아니지만, 삼성전자나 SK하이닉스 실적 규모를 봤을 때 감당하지 못할 정도는 아니다”라며 “가뜩이나 산업용 전기가 가정용보다 저렴한 터라, 설령 당장 부담을 느낀다고 해도 이를 밖으로 드러내기 어렵다”고 설명했다.

전기요금 인상이 화두로 부상하면서 SK하이닉스가 건설하고 있는 자체 액화천연가스(LNG)발전소에 새삼 업계의 관심이 쏠리고 있다.

SK하이닉스는 현재 이천·청주 사업장에 각각 LNG발전소를 구축하고 있다. 반도체 생산에 사용되는 전력을 전량 자체 발전으로 충당할 순 없지만, 전력수요가 많은 여름·겨울철 전력 수급이 불안정할 때나 전기요금이 비쌀 때 활용도가 뛰어날 것으로 전망된다.

특히 평소에는 한국전력으로부터 전기를 받아 쓰다가 갑자기 전국 전력수요가 높아질 때 자체 발전소를 가동하는 방식으로 활용한다면, 전력 당국에는 일종의 예비전력으로 인식돼 전력 수급 안정에 이바지할 수도 있다.

일각에서는 삼성전자도 반도체 공장 내 안정적인 전력 수급, 친환경 발전량 증가를 통한 ESG 활동 강화 등의 목적으로 일정 수준의 경제성이 확보된다는 전제하에 자체 발전소 구축 검토에 돌입할 수 있다는 분석이 나온다.

다만 이 경우 발전 원료 수급 방안, 사업장 인근 주민 반발 등 고려해야 할 사항이 너무 많은 데다, 국내 전기요금이 전 세계에서도 저렴한 축에 속하는 만큼 경제성을 확보하는 게 쉽지 않을 것이란 비관론도 나오고 있다.

초미세 영역의 회로 패턴을 구현하는 사람들_ Photo기술팀

반도체 업계에서 미세화 경쟁이 갈수록 치열해지면서 웨이퍼에 미세 회로 패턴을 그려 넣는 Photo 공정의 중요성이 점점 부각되는 추세다 . SK 하이닉스도 최근 D 램 양산에 EUV(Extreme Ultraviolet, 극자외선 노광 ) 공정을 도입하는 등 기술 선도를 위해 노력하고 있다 .

뉴스룸은 초미세화 경쟁의 일선에서 고품질 제품을 양산하기 위해 땀 흘리고 있는 제조 / 기술담당 산하 Photo 기술담당 구성원 중 이천 DRAM 트랙 Photo 기술팀과 이천 DRAM 노광 Photo 기술팀 구성원을 만나 직무 전반과 각 팀에서 바라는 인재상에 대해 들어봤다 .

※ 사회적 거리두기에 따라 인터뷰는 서면으로 진행하고 사진은 개별 1000억원 더 내야 할 판. 반도체 업계 초비상 | 아주경제 촬영했습니다.

Mission, 미세공정 한계에 맞서 수율, 생산성, 원가경쟁력을 확보하라!

반도체 제조 ∙ 양산에 있어 가장 중요한 3 대 요소는 ‘ 수율 , 생산성 , 원가경쟁력’이다 . 바꿔 말하면 고객이 원하는 양질의 제품을 경쟁사 대비 높은 원가경쟁력을 확보해 적기에 제공하는 것이라고 할 수 있다 . SK 하이닉스 제조 / 기술담당은 3 대 요소를 끊임없이 향상시키며 치열한 메모리 반도체 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다 .

그간 메모리 반도체 업계는 저장공간을 늘리고 성능을 고도화하기 위해 회로 선폭을 좁히고 반도체 소자를 집적하는 미세공정 기술을 발전시켜왔다 . 하지만 현재는 회로 선폭의 미세 수준이 머리카락 두께의 1/10,000 에 이를 정도로 공정 난이도가 높아진 상황 . 이에 따라 반도체의 집적도가 1.5 년마다 2 배씩 증가한다는 반도체 업계의 오랜 격언 , ‘ 무어의 1000억원 더 내야 할 판. 반도체 업계 초비상 | 아주경제 법칙 ’ 도 한계에 직면하게 됐다 .

메모리 반도체 제조사들은 초미세공정 구현을 위한 새로운 전략으로 , 웨이퍼에 회로 패턴을 그려 넣는 Photo 공정에 EUV 공정 기술을 잇달아 도입하고 있다 . 짧은 파장 (13.5nm 수준 ) 의 EUV 장비는 분해능 (Resolution) 1) 이 뛰어나 미세 패턴을 노광하는 데 유리하다 . 또한 공정이 단순해져 원가경쟁력을 높일 수 있다는 장점이 있다 .

1) 분해능 : 인접한 두 물체를 별개의 것으로 분별할 수 있는 능력으로 , 분해능이 높을수록 노광 장비가 더욱 미세하게 회로 패턴을 형성할 수 있음

SK 하이닉스 역시 지난 7 월 사상 처음으로 EUV 공정 기술을 활용한 10 나노 (nm) 급 4 세대 D 램의 양산 계획을 알린 바 있다 . 이 제품은 이전 세대인 ‘ 10 나노급 3 세대 (1z) ’ 제품보다 웨이퍼 한 장에서 얻을 수 있는 D 램 수량이 약 25% 늘어났다 .

제조 / 기술담당 산하 Photo 기술담당도 미세공정의 한계에 맞서 대응책을 찾기 위해 노력하고 있다 . 제품의 공정 난이도와 요구 스펙 (Requirement Spec.) 을 사전에 정의하고 , 필요한 기술을 자체 개발하거나 협력사와의 협업을 통해 확보하는 작업을 지속해오고 있다 . 또한 미래기술연구원과도 긴밀하게 협업하며 양산 시 발생할 수 있는 신규 난제를 개발 단계에 사전 반영해 , 개선하는 작업도 수행해오고 있다 .

Photo 기술담당 산하 이천 DRAM 트랙 Photo 기술팀과 이천 DRAM 노광 Photo 기술팀은 이천 FAB 에서 D 램의 Photo 공정을 담당하고 있다 . 두 팀은 Photo 공정에서 고품질의 제품을 달성할 수 있는 패터닝 (Patterning) 조건을 확보하고 이를 유지 관리하는 업무를 맡고 있다 .

Photo 공정은 설계된 반도체 회로 패턴 (Pattern) 을 웨이퍼 (Wafer) 상에 균일한 모양 및 크기로 정확한 위치에 패터닝하는 과정이다 . 크게 감광액 (PR, Photo Resist) 도포 , 노광 (Exposure), 현상 (Develop) 순으로 진행된다 . 이때 PR 도포와 현상은 트랙 (Track) 장비 , 노광은 스캐너 (Scanner) 등의 노광 장비를 이용해 진행한다 .

트랙 Photo 기술팀과 노광 Photo 기술팀은 각각 트랙 장비와 노광 장비의 운용 및 개선을 담당하고 있다 . 장비나 공정에 문제가 생기거나 , 오버레이 (Overlay) 2) 이슈가 발생할 경우 이를 해결하는 역할도 한다 . 이와 더불어 각 팀의 공정 엔지니어가 제품 (Tech.) 별로 양산 관리를 하고 있다 . 제품의 세대가 바뀔 때마다 두 팀이 한 번씩 번갈아 가며 양산 관리를 담당함으로써 업무 부담을 줄이는 한편 , 최신 기술 트렌드를 효율적으로 따라가고 있다 .

2) 오버레이 (Overlay): 적층돼 있는 회로 패턴 상하부의 정렬 상태

“정답 없는 Photo 공정 업무, 호기심 갖고 적극적으로 솔루션 찾아 나서야”

뉴스룸은 이천 DRAM 트랙 Photo 기술팀과 이천 DRAM 노광 Photo 기술팀의 실무자들을 만나 업무에 필요한 역량과 자질에 대해 들어봤다 .

Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나 ?

이영주 TL: 트랙 Photo 기술팀에서 공정을 진행하며 계측한 데이터를 관리하고 있다 . 또한 이를 장비 데이터와 매칭하거나 서브 (Sub) 공정과의 연관성을 파악하는 업무를 맡고 있다 . 이와 함께 파생제품 개발 업무도 겸하고 있다 .

이상권 TL: 트랙 Photo 기술팀 공정 파트의 엔지니어로서 수율 , 품질 , 생산성을 관리하고 있다 . FAB 고객 감사 (Audit) 업무도 담당하고 있다 .

Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가 ?

이영주 TL: 최근에는 연구개발 (R&D) 부서뿐만 아니라 제조 / 기술담당에서도 신규 제품 (Device) 개발에 참여하고 있어 공정에 대한 깊이 있는 이해와 타 부서와의 협업이 무엇보다 중요해지고 있다 . 이에 지속적으로 타 부서와 함께 협업하기 위한 커뮤니케이션 역량이 필요하다 . 데이터를 다루기 때문에 꼼꼼한 성향도 갖추고 있으면 좋다 .

이상권 TL: 수율과 생산성을 관리하는 엔지니어는 응답변수 (Response Parameter) 에 대한 관리가 중요하다 . 이를 위해 응답 (Response) 에 영향을 줄 수 있는 장비 원리에 대한 지식을 갖춰야 할 필요가 있다 . 또한 제조 / 기술 업무는 단독으로 진행할 수 없는 영역이다 . Photo 공정에 영향을 주고받을 수 있는 다른 영역과의 협업이 매우 중요하므로 사회성과 커뮤니케이션 역량이 필요하다 .

Q. 업무를 수행할 때 어려운 점은 ? 또 이를 어떻게 극복했나 ?

이영주 TL: 공정 미세화 (Pattern Shrink) 로 패턴 구현 난이도가 높아짐에 따라 , 오버레이 관리에 큰 어려움을 겪었다 . 반도체는 적층 구조로 이뤄져 있는데 , 위 아래층에 형성된 패턴을 노광장비를 이용해 정렬하고 (Alignment), 배열 오류 (Misalign) 를 수치로 확인 및 보정하는 작업이 오버레이 관리다 . 이러한 고충을 해결하기 위해 중장기적으로 오버레이를 관리할 수 있는 시스템을 개발하고 있으며 , 최근에는 매뉴얼에 따라 사람이 수행하는 기존 방식 대신 자동 보정 시스템을 기본으로 사용하고 있다 .

이상권 TL: 오버레이 관리의 측면에서 보면 기존에는 여러 가지 요인으로 문제가 발생했을 때 이를 양산 단계까지 가야지만 확인할 수 있었지만 , 지금은 빅데이터를 1000억원 더 내야 할 판. 반도체 업계 초비상 | 아주경제 활용한 시스템을 통해 사전에 파악할 수 있게 됐다 . 또한 오버레이 모델링 (Overlay Modeling) 도 기존에는 직접 측정해야 했지만 , 지금은 가상 계측 시스템으로도 측정이 가능해지면서 시간 단축과 오버레이 개선 , 두 마리 토끼를 한꺼번에 잡을 수 있게 됐다 .

Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나 ?

이상권 , 이영주 TL: 반도체 FAB 은 24 시간 가동되는 만큼 , 가끔은 개인의 시간 관리가 어려운 점도 있다 . 하지만 여기서는 팀 내 동료들 , 타 조직 구성원 , 협력사 구성원 등 많은 사람과 노하우를 공유하고 새로운 기술과 경험을 체득하며 단기간 내 많은 것을 배울 수 있다 . 이슈들을 하나씩 1000억원 더 내야 할 판. 반도체 업계 초비상 | 아주경제 해결해 나가면서 느끼는 보람도 크다 .

Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가 ?

이영주 TL: 외부에서 제조 / 기술 분야를 바라볼 때면 업무 강도가 높다고 생각하기 쉽다 . 하지만 현재 Photo 기술팀은 업무가 세분화 · 체계화돼 있고 상호 협업이 잘 이뤄지고 있어 , 업무를 수행하는데 큰 애로사항은 없다 . 내 것만 챙기는 것이 아니라 상대방 일도 함께 도우며 가족 같은 분위기에서 회사 생활을 하고 있다 .

이상권 TL: 생산 장비는 24 시간 가동되며 , 이에 따른 업무도 방대한 편이기는 하다 . 상호 배려와 지원 없이는 제대로 운영될 수 없는 업무다 . 하지만 체계적인 협업 시스템과 조직 내 유연한 업무 조율을 통해 업무 환경이 지속적으로 개선되고 있다 .

“미세공정의 세계는 어렵지만 매력적… 다양한 경험 통해 많이 배울 수 있어”

Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나 ?

이승호 TL: 노광 Photo 기술팀 업무는 크게 공정 업무와 장비 업무로 나뉘는데 , 그중에서 공정 업무를 수행하고 있다 . 공정 및 장비에서 발생하는 각종 데이터를 분석해 패터닝을 비롯한 노광 공정 전반에 미치는 영향을 예측하고 솔루션을 제시하는 역할을 맡고 있다 .

이재원 TL: 노광 Photo 기술팀에서 노광 장비 (Scanner) 의 개선 파트를 담당하고 있다 . 장비 생산성 향상 , 가동지수 향상 , Photo Wafer Table 등 핵심 부품에 대한 개선 업무를 담당하고 있다 .

Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가 ?

이승호 TL: 노광 공정 업무에서는 다양한 데이터 간에 맥락을 파악하고 예상되는 결과까지 도출해내는 분석력이 중요하다 . 특히 , 장비에서 발생하는 소스 데이터 (Source Data) 와 이를 통해 얻어지는 응답 데이터 (Response Data) 사이의 연관 관계를 파악하는 것이 가장 중요하다 . 노광장비인 스캐너로 예를 들면 , 웨이퍼가 스캐너에서 회로 패턴이 새겨지는 노광이 되기까지 굉장히 많은 과정과 툴 (Tool) 을 거치게 되는데 , 장비 구동 과정이 패터닝에 어떠한 영향을 줄 수 있는지 관심을 가져야 한다 .

이재원 TL: 광학 , 소재 , 화학 , 기계 , 생산제조공학 등에 대한 지식이 폭넓게 활용된다 . 최근에는 데이터 활용 역량의 중요성도 부각되고 있다 . 또한 업무 중 공정 , 양산 ( 제조 ), 수율 등 유관 부서 , 외부 협력업체 , 현장 유지보수 부서와 협업이 잦은 편이다 . 자신의 업무뿐 아니라 관련 업무에 대해 폭넓게 이해할 수 있는 학습능력도 중요하다 . 여러 유관부서 또는 업체와 이해관계가 상충할 때에도 결과를 이끌어 낼 수 있는 커뮤니케이션 스킬 역시 중요한 역량이다 .

Q. 업무를 수행할 때 어려운 점은 ? 또 이를 어떻게 극복했나 ?

이승호 , 이재원 TL: 나노의 세계에서 보이지 않는 현상을 이해하고 , 이를 기술적으로 해결해야 하는 어려움이 있다 . 서로 모순되는 핵심가치를 모두 만족해야 하는 점도 어렵지만 매력적이기도 하다 . 예를 들면 , 생산량의 증대와 품질 향상은 일반적으로 상충할 수도 있지만 , 상황에 따라 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 선택을 해야 한다 . ‘ 해결하기 어렵기 때문에 내가 필요한 것 ’ 이라는 생각으로 상황을 즐기려고 노력하는 편이다 .

Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나 ?

이승호 TL: 업무상 부딪히게 되는 문제를 해결하기 위해 노력하고 , 이러한 노력이 결실을 맺을 때 보람을 느낀다 . 1~2 나노 (nm) 의 미세공정을 컨트롤할 수 있다는 것 자체가 매력적이다 . 우스갯소리로 오버레이 2 나노를 300mm 웨이퍼에서 컨트롤한다는 것은 마하 3(Mach3) 속도로 비행하는 전투기가 0.0025mm 의 표적을 정확하게 요격하는 것과 비슷한 수준이라고 한다 . 마치 전투기 조종사가 된 듯 일할 수 있다는 점이 이 업무의 진짜 매력이다 .

이재원 TL: 경험과 지식이 쌓이면 , 점차 업무 전반에 대한 영향력도 커지고 보람을 느끼는 순간도 늘어난다 . 타 직무에 비해 업무 영역과 자유도가 넓다는 것도 매력적이다 . 다양한 협력업체와 협업할 기회가 많고 , 자재 , 구매 , 보안 , 안전 등 다양한 업무를 간접 경험할 수도 있다 . 무엇보다 수백 대의 장치와 인원 , 수많은 협력업체를 관리하고 조율하는 경험은 다른 직무에서는 해볼 수 없을 것이다 . 15 명과 일하는 것과 150 명과 일하는 것은 경험의 깊이에서 차이가 크고 그 자체만으로도 큰 가치가 있다 .

Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가 ?

이승호 TL: 반도체 업무에서 혼자 할 수 있는 일은 없다 . 톱니바퀴처럼 서로 맞물려 도와야 하며 , 각자가 최선을 다해야 온전하게 톱니가 돌아갈 수 있다 . 이러한 업무의 특성상 전반적인 팀 분위기는 누구보다 서로를 잘 알고 호흡이 잘 맞는 가족적인 분위기다 .

이재원 TL: MZ 세대의 비율이 급속도로 늘어나고 있어 , 소통 방법과 업무 환경도 좋은 방향으로 개선되고 있다 . 조직 분위기도 매우 유연하며 , 워라밸에 대해서도 많은 신경을 쓴다 . 리더들도 솔선수범하며 업무환경 개선을 위해 노력하고 있다 .

Q. 이 업무에 필요한 의 자질은 무엇인가 ?

이승호 TL: 참 원인 파악을 위한 끈기와 열린 사고를 갖추면 좋을 것 같다 . ‘1+1=2’ 처럼 단순하게 해결되는 문제들은 많지 않다 . 솔루션을 찾기 위한 다양한 접근과 시도를 할 수 있어야 한다 .

이재원 TL: 많은 인원이 함께하는 일이기 때문에 때로는 인간관계에서 오는 부담이 클 수 있다 . 업무가 방대하고 기술 난도가 높다 보니 , 자신의 역량 대비 빠른 시간 내 돋보이기 어려울 수도 있다 . 하지만 다양한 경험을 통해 얻는 것이 더 많은 직무다 . 어려운 상황에서 주어진 역할만 수행하기보다는 , 적극성을 갖고 나름의 방식으로 분석하고 자신의 업무를 스스로 체계화하는 능력이 필요하다 .