日, 라피더스 탄생은 “미션 임파서블” 이다

[디지털비즈온 이호선 기자] 지난 3월 8일 오후 서울 삼성동 코엑스에서 열린 반도체 학술대회 ‘IEEE EDTM 2023’에서 헤럴드경제 취재진을 만난 야스미쓰 오리 라피더스 전무는 “(현재 일본의 반도체기술 수준인) 40나노미터(㎚) 공정에서 2나노 수준으로 점프할 것이다.” 말했다.

그는 일본의 최첨단 로직 칩기술의 발전을 낙관하며 “(일본 기술의 발달로) 한국과 대만으로 간 반도체 전문가들이 다시 일본으로 돌아올 것”이라고 내다봤다.

도요타, 소니, 소프트뱅크, 키옥시아, 덴소, NTT, NEC, 미쓰비시UFJ 은행 등 일본 대표 8개 사가 새로운 반도체 연합 회사 ‘라피더스(Rapidus)’ 설립을 지난 2011년 11월 NHK가 공식 발표했다.

라피더스는 2027년부터 슈퍼컴퓨터, 자율주행차, 인공지능 등에 사용할 첨단 반도체를 양산하고 삼성전자･TSMC가 경쟁 중인 2나노미터(nm) 이하의 차세대 반도체 개발에도 착수한다는 계획이다.

2나노 기술은 삼성전자와 TSMC가 치열한 경쟁 중인데, 라피더스도 제조라인 구축을 시작하여 2030년에는 양산에 나서겠다는 목표다.

일본 문예춘추 인터넷판에 유노카미 타카시 박사는 반도체 연합회사 ‘라피더스’의 시도가 “아무리 생각해도 불가능하다”고 생각하는 이유를 설명하면서 기고문을 올렸다.

타카시 박사는 한마디로 “미션 임파서블”이라고 생각하는 근거를 구체적으로 설명했다.

◇어려운 과제에 직면한 반도체 연합 라피더스의 4가지 쟁점

유노카미 타카시 박사는 어려운 과제에 직면한 반도체 연합 라피더스의 4가지 쟁점을 설명했다. 그는 첫 번째로 “누가 2나노의 디바이스 설계를 하고” 두 번째로는 “누가 2나노의 프로세스 개발을 할 것인가” 세 번째는 “누가 2나노를 양산할 것인가”를 열거했다.

칩 메이커인 삼성, TSMC, 인텔이 고전하고 있는 최첨단 반도체를 9세대로 점프하여 생산할 수 있다고 생각하는가에 대해서 의문점을 지니면서 네 번째로는 “왜 일본이 2나노를 생산해야 하는가” 와 “파운드리란 무엇인지 알고 있는가” 라고 질의를 했다.

그러면서 “라피더스는 미국 IBM 및 유럽의 컨소시엄 imec과 기술 제휴하게 되었다.” 면서 “그러나 여전히 위의 문제는 해결되지 않습니다.” 라고 조언했다.

◇반도체의 미세화 작업은 ‘토대’ 와 '기반'이 없다

그는 “반도체의 미세화를 진행시키는 것은 피라미드를 구축하는 것과 유사할 수 있다. 모든 문제를 하나하나 해결하지 않으면 새로운 세대 반도체는 양산할 수 없는 것이다.”

그러면서 “2022년 12월 말 시점에서, TSMC가 3나노에 도달했고, 삼성은 3나노의 수율이 오르지 않고 5/4나노에 머물고 있어, 인텔이 10나노~7나노 로부터 앞으로 진행되지 않고 있다고 설명했다.”

그리고 “일본은 40나노 수준에서 정체된 채 있는 상황에서 역피라미드형의 ‘토대’ 를 형성하면서 진행하는 반도체의 미세화에 있어서, 어느 미세화의 세대를 스킵한다고 하는 것은, 있을 수 없다고 직언했다.”

왜냐하면 한 기술 세대의 ‘토대’ 없이는 "다음 세대로 나아갈 수 없기 때문이다.“고 설명했다.

그 이유를 한마디로 말하면, 라피더스에는 미세화의 ‘토대’ 가 전혀 없기 때문이며 ‘토대’를 하나씩 쌓아온 삼성, TSMC, 인텔조차 한층 더 미세화를 추진하는 데 큰 노력을 기울이고 있다면서 “아무런 미세화의 '토대'도 갖고 있지 않은 라피더스가 9세대도 미세화를 건너뛰어 갑자기 2나노의 로직 반도체를 양산할 수는 없다.” 고 설명했다.

◇설계 및 프로세스 개발인력과 기술자 1000명 부족

타카시 박사는, 소니는 CMOS 이미지 센서에 부착하는 로직 반도체에 대해 TSMC에 생산을 위탁하고 있다. 또한 NAND를 생산하고 있는 키옥시아는 SSD에 필요한 로직 반도체 컨트롤러의 설계와 생산을 외주하고 있다. 그 생산을 실시하고 있는 것은 아마 TSMC일 것이다.

따라서 라피더스의 출자 기업 중에는 로직 반도체의 설계, 개발, 양산을 할 수 있는 반도체 메이커는 존재하지 않는다. 유일하게 소프트뱅크 산하의 ARM은 프로세서 코어의 셀을 제공할 수 있다.

이것만이 출자기업 중에서 긍정적으로 평가할 수 있다는 점이다. 결국, 라피더스가 직면하는 최초의 벽은, “기술자를 어떻게 하는 것인가?”라는 것이 된다.

“파운드리의 라피다스는 기본적으로 전 공정만을 실시하지만, 2나노의 경우의 프로세스 플로우는 500~1000 공정 커녕이 아니고, 1500~2000 공정 이상이 되는 것.”은 아닐까? 라고 조언했다.

타카시 박사는, 이 전공정에는 어느 정도의 기술자가 필요한 것인가? 를 내다봤다. 20년 이상 전의 DRAM으로 100명 이상 있었기 때문에, 최첨단의 2나노의 로직 반도체의 프로세스 개발에는 수백명의 기술자가 필요하다고 강조했다.

그리고 그 전 공정의 프로세스 기술에는 3계층이 있다고 열거했다. 요소 기술자 반도체의 공정 기술로는 성막, 리소그래피, 드라이 에칭, 세정, 검사, CMP(화학적 기계 연마), 열처리, 이온 주입 등이 있다.

각각에는 전문 공정 기술자가 10명 이상이 필요한다. 미세 가공 기술의 리소그래피 및 건식 에칭에는 가장 많은 기술자가 필요하다고 내다봤다.

그 프로세스 플로우를 양산 공장에 이관해, 고수율을 얻을 수 있도록 철저하게 개선이 이루어진다. 이상의 요소 기술자와 통합 기술자의 합계로 수백명 이상 필요하며 양산공장에는 1000명 단위의 생산기술자가 필요할 것이다.

박사는 “라피더스가 IBM 기술을 받고 프로세스를 개선하고 프로토 타입 라인에서 흐르게 하려면 수백 명의 기술자가 필요하며 IBM에는 양산 공장이 없기 때문에 라피더스는 1000명 규모의 생산 기술자를 준비해야 한다.” 고 조언했다.

한편, 본지는 이기사를 작성하면서 해외 기업들은 세계적인 반도체 기업인 삼성전자의 핵심 기술을 호시탐탐 노리고 있는 실정이다.

향후 삼성전자와 SK하이닉스, 대만의 TSMC의 기술인력 스카웃이 쟁점화 될 것으로 예상하며,  반도체와 IT 분야에서 눈부신 기술 발전을 이뤄낸 한국 기업은 이미 산업스파이들의 먹잇감이 된 지 오래다.

◇유노가미 타카시 박사는 ?

유노카미 타카시（ゆのがみ たかし1961年）박사는 일본 반도체 산업과 전기 산업의 컨설턴트 및 저널리스트 이다.

16년간 히타치 제작소·중앙 연구소, 반도체 사업부, 디바이스 개발 센터, 엘피다 메모리, 반도체 첨단 테크놀로지스에서, 반도체의 미세 가공 기술 개발에 종사하였다.

2000년대에는 나가오카 기술과학대학 객원교수로 도시사대학 휄로우 등을 맡아 대학의 사회과학자로서 일본의 반도체 산업의 범락의 원인을 추구해, '일본 반도체 패전'(2009년) 등의 저서를 발간했다.

2010년에 미세가공연구소를 설립하여 컨설턴트로 활동하면서 반도체 저널리스트로도 활동 중이며, 아사히신문 과학환경분야에 기고를 하고 있다.