글로벌 팹 증설 – 그리고 모든 소모품 선택의 중요성
전 세계 전공정 반도체 생산능력은 2028년까지 연평균 7% 성장하여 월 1,110만 장의 웨이퍼라는 사상 최대 규모에 이를 것으로 전망된다.¹ 같은 기간 7nm 이하 첨단 공정의 생산능력은 약 69% 증가할 것으로 예상된다.¹ AI 수요를 중심으로 한 300mm 팹 장비 투자는 2027년에 처음으로 1,500억 달러를 넘어설 것으로 전망된다.⁴ 한편, 자동차, 전력 및 IoT 분야의 수요에 힘입어 200mm 생산능력도 지속적으로 확대되고 있으며, 2023년부터 2026년까지 14% 성장하여 월 770만 장 이상의 웨이퍼를 생산하는 사상 최대 수준에 이를 것으로 예상된다.²
신규 생산 라인을 구축하거나 기존 장비의 처리량을 극대화하는 공정 엔지니어에게 있어 화학기계적 평탄화(CMP) 소모품의 선택은 향후 수년간 수율, 장비 가동률, 그리고 운영 비용에 지속적인 영향을 미친다. CMP 슬러리와 패드를 합친 시장 규모는 2025년 약 38억 달러에 이르렀으며, AI 관련 반도체의 고집적화와 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 구조의 도입에 힘입어 2026년에는 10% 이상 성장할 것으로 전망된다.³
리테이닝 링(Retaining Ring)은 전체 CMP 소모품 비용에서 차지하는 비중은 작지만, 장비 가동률과 교체 주기에 미치는 영향은 비용 대비 매우 크다. 본 글에서는 세계 주요 반도체 팹에서 10여 년 이상 PEEK(Poly-Ether-Ether-Ketone) 기반 CMP 리테이닝 링을 평가하고 적용하며 축적한 경험을 공유하고, 현재의 반도체 생산능력 확대 시기가 왜 이 소재를 재검토하기에 적절한 시점인지 설명하고자 한다.
대규모 생산 환경에서 수십 대의 CMP 장비를 운영할 경우, 링 소재의 선택은 누적 장비 가동률에 실질적인 영향을 미친다.
링 소재 선택 기준을 바꾸는 세 가지 산업 변화
1. 기존 장비의 처리량 향상 압박
성숙 공정의 200mm 팹에서는 경제성이 분명하다: 웨이퍼 가격이 하락한 상황에서는 신규 설비 투자(CapEx)를 정당화하기 어렵기 때문이다. 이에 따라 팹은 기존 장비의 각 공정을 최적화하여 처리량을 높이는 전략을 선택한다. 한편, 300mm 팹은 비교적 최신 장비를 사용하더라도 장비 활용률의 작은 향상까지도 면밀히 관리한다. 소모품의 수명을 연장하는 것은 계획되지 않은 장비 정지를 줄이고 장비 가동률을 높이는 데 직접적으로 기여한다.
비용 효율성을 중시하는 300mm 팹에서는 장비가 최신이라 하더라도 처리량의 작은 향상 하나하나가 매우 중요하게 평가된다. 소모품의 수명을 연장하는 것은 장비 활용률을 높이는 데 직접적인 도움이 된다.
기존의 PPS(Polyphenylene Sulfide) 링은 일반적으로 몇 차례의 패드 교체 주기마다 교체가 필요하다. 반면 PEEK 기반 링은 동일한 조건에서 일반적으로 2배 이상 긴 수명을 제공하며, 이는 장비 정지 횟수 감소, 교체 작업 감소, 그리고 장비당 월간 연마 시간 증가로 이어진다. 수십 대의 CMP 장비를 운영하는 생산 환경에서는 이러한 누적 효과가 장비 가동률 향상으로 이어진다.
Victrex가 지원한 PEEK 링의 적용 사례는 대부분 추가 설비 투자 없이 기존 장비의 생산성을 높여야 하는 과제를 안고 있는 반도체 팹에서 이루어졌다.
2. 신규 팹은 램프업 과정에서 소모품 플랫폼을 선정
신규 생산시설에서 장비 설치와 공정 검증이 시작되면, 소모품 소재를 최초로 기준으로 선정하는 시기가 있다. 이 시기가 링 소재를 평가하기에 가장 효율적인 시점이다. 반면 팹이 양산에 돌입하면 새로운 소모품을 검증하는 일은 훨씬 어려워진다. 시험을 위한 생산 슬롯 확보가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 파운드리에서는 공정 레시피를 일부 조정하는 것조차 최종 고객의 승인이 필요한 경우가 있기 때문이다.
3. 첨단 반도체 아키텍처의 도입으로 CMP 공정의 중요성 증가
2nm 이하 공정에서 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터와 후면 전력 공급 기술이 도입되면서 추가적인 금속 배선층과 코발트(Co), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo)과 같은 새로운 소재가 사용되고 있다.³ 이에 따라 CMP 공정 단계가 증가하고 있으며, 이는 CMP 소모품 사용량 증가와 함께 부품 신뢰성에 대한 중요성도 더욱 높아지고 있음을 의미한다.
그러나 현재 대부분의 범용 및 성숙 공정에서 사용되는 CMP는 여전히 기계적 마모가 주요 요인이다. 이러한 환경에서 PEEK의 긴 수명은 가장 큰 경제적 효과를 제공한다.
링 소재의 검증은 일반적으로 단계적으로 진행된다. 먼저 모니터 웨이퍼를 이용한 오프라인 평가를 수행한 후 장기 마모 시험을 거쳐, 최종적으로 실제 제품을 사용한 양산 라인 검증을 진행한다. 이러한 과정은 조건이 좋은 경우에도 일반적으로 12~18개월이 소요된다. 가장 효율적인 방법은 오프라인 평가를 조기에 시작하고, 슬러리 또는 패드 교체 계획과 링 전환 시점을 맞추는 것이다. 이렇게 하면 실제 생산 슬롯이 확보되었을 때 이미 검증이 상당 부분 진행된 상태에서 전환을 추진할 수 있다.
VICTREX PEEK로 제작된 CMP 리테이닝 링은 동일한 조건에서 PPS 대비 2배 이상의 내마모성을 입증했으며, 교체 횟수를 줄이고 장비당 실제 연마 시간을 늘릴 수 있다.
PEEK가 제공하는 것 – 그리고 제공하지 않는 것
PEEK가 제공하는 것: 동일한 CMP 조건에서 PPS 대비 2배 이상의 긴 사용 수명을 제공한다. PEEK는 소재 단가가 더 높지만, 동일한 운영 기간 동안 필요한 링의 수가 적기 때문에 사이클당 경제성은 PEEK가 더 우수하다. 또한 링 교체를 새로운 슬러리 또는 패드 조성 변경 등 다른 소모품 전환과 함께 진행할 경우, 총비용 절감 효과는 의미 있는 엔지니어링 개선 사례로 이어질 수 있다. 또한 PEEK 링은 PPS와 달리 재활용이 가능하므로, 지속가능성 지표를 관리하는 반도체 팹에 추가적인 이점을 제공한다.
이 단계에서 Victrex의 PEEK 기술 전문가와 협업하면 이러한 장단점을 보다 이른 시점에서 평가할 수 있다. 모델링과 시뮬레이션을 활용해 CMP 공정 하중에서의 마모 거동, 강성 및 변형 특성을 분석함으로써 엔지니어는 단순한 소재 물성 비교를 넘어 실제 부품 수준에서 더욱 빠르고 합리적인 의사결정을 내릴 수 있다. 이를 통해 개발 반복 횟수를 줄이고 적용 효과를 더욱 신속하게 실현할 수 있다. 또한 PEEK 링은 PPS와 달리 재활용이 가능하여, 지속가능성 지표를 적극적으로 관리하는 반도체 팹을 지원한다.
PEEK가 제공하지 않는 것: PEEK는 심각한 기술적 문제를 해결하기 위한 소재는 아니다. PEEK를 적용하는 이유는 위기 대응이 아니라 경제성과 운영 효율성을 높이기 위한 것이다. 실제로 가장 성공적인 적용 사례는 링 소재 평가가 단독 프로젝트로 진행된 경우가 아니라, 계획된 CMP 소모품 최적화 프로젝트의 일부로 수행된 경우였다.
업계 최고 수준의 반도체 제조 현장에서 검증된 솔루션
반도체 팹은 본질적으로 매우 보수적인 환경이다. 단 한 번의 결함이라도 공정 중인 수천 장의 웨이퍼에 영향을 미칠 수 있으며, 그로 인한 손실은 수천만 달러에 이를 수 있다.
Victrex는 수년 동안 PEEK CMP 리테이닝 링을 통해 첨단 반도체 제조업체들이 더욱 안정적인 공정을 구축할 수 있도록 지원해 왔다. 처음에는 공정 개선을 위한 엔지니어링 프로젝트로 시작되었지만, 현재는 실제 양산에서 성능 향상과 비용 절감 효과를 입증하며 업계에서 검증된 솔루션으로 자리 잡고 있다.
참고자료 (References)
- SEMI, SEMI Forecasts 69% Growth in Advanced Chipmaking Capacity Through 2028 Due to AI
- SEMI, Global 200mm Fabs to Reach Record High Capacity by 2026, SEMI Reports
- Semiconductor Digest, AI-Driven Device Scaling Fuels Next Phase of CMP Consumables Growth
- SEMI, SEMI Projects Double-Digit Growth in Global 300mm Fab Equipment Spending for 2026 and 2027
글로벌 팹 증설 – 그리고 모든 소모품 선택의 중요성
전 세계 전공정 반도체 생산능력은 2028년까지 연평균 7% 성장하여 월 1,110만 장의 웨이퍼라는 사상 최대 규모에 이를 것으로 전망된다.¹ 같은 기간 7nm 이하 첨단 공정의 생산능력은 약 69% 증가할 것으로 예상된다.¹ AI 수요를 중심으로 한 300mm 팹 장비 투자는 2027년에 처음으로 1,500억 달러를 넘어설 것으로 전망된다.⁴ 한편, 자동차, 전력 및 IoT 분야의 수요에 힘입어 200mm 생산능력도 지속적으로 확대되고 있으며, 2023년부터 2026년까지 14% 성장하여 월 770만 장 이상의 웨이퍼를 생산하는 사상 최대 수준에 이를 것으로 예상된다.²
신규 생산 라인을 구축하거나 기존 장비의 처리량을 극대화하는 공정 엔지니어에게 있어 화학기계적 평탄화(CMP) 소모품의 선택은 향후 수년간 수율, 장비 가동률, 그리고 운영 비용에 지속적인 영향을 미친다. CMP 슬러리와 패드를 합친 시장 규모는 2025년 약 38억 달러에 이르렀으며, AI 관련 반도체의 고집적화와 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 구조의 도입에 힘입어 2026년에는 10% 이상 성장할 것으로 전망된다.³
리테이닝 링(Retaining Ring)은 전체 CMP 소모품 비용에서 차지하는 비중은 작지만, 장비 가동률과 교체 주기에 미치는 영향은 비용 대비 매우 크다. 본 글에서는 세계 주요 반도체 팹에서 10여 년 이상 PEEK(Poly-Ether-Ether-Ketone) 기반 CMP 리테이닝 링을 평가하고 적용하며 축적한 경험을 공유하고, 현재의 반도체 생산능력 확대 시기가 왜 이 소재를 재검토하기에 적절한 시점인지 설명하고자 한다.
대규모 생산 환경에서 수십 대의 CMP 장비를 운영할 경우, 링 소재의 선택은 누적 장비 가동률에 실질적인 영향을 미친다.
링 소재 선택 기준을 바꾸는 세 가지 산업 변화
1. 기존 장비의 처리량 향상 압박
성숙 공정의 200mm 팹에서는 경제성이 분명하다: 웨이퍼 가격이 하락한 상황에서는 신규 설비 투자(CapEx)를 정당화하기 어렵기 때문이다. 이에 따라 팹은 기존 장비의 각 공정을 최적화하여 처리량을 높이는 전략을 선택한다. 한편, 300mm 팹은 비교적 최신 장비를 사용하더라도 장비 활용률의 작은 향상까지도 면밀히 관리한다. 소모품의 수명을 연장하는 것은 계획되지 않은 장비 정지를 줄이고 장비 가동률을 높이는 데 직접적으로 기여한다.
비용 효율성을 중시하는 300mm 팹에서는 장비가 최신이라 하더라도 처리량의 작은 향상 하나하나가 매우 중요하게 평가된다. 소모품의 수명을 연장하는 것은 장비 활용률을 높이는 데 직접적인 도움이 된다.
기존의 PPS(Polyphenylene Sulfide) 링은 일반적으로 몇 차례의 패드 교체 주기마다 교체가 필요하다. 반면 PEEK 기반 링은 동일한 조건에서 일반적으로 2배 이상 긴 수명을 제공하며, 이는 장비 정지 횟수 감소, 교체 작업 감소, 그리고 장비당 월간 연마 시간 증가로 이어진다. 수십 대의 CMP 장비를 운영하는 생산 환경에서는 이러한 누적 효과가 장비 가동률 향상으로 이어진다.
Victrex가 지원한 PEEK 링의 적용 사례는 대부분 추가 설비 투자 없이 기존 장비의 생산성을 높여야 하는 과제를 안고 있는 반도체 팹에서 이루어졌다.
2. 신규 팹은 램프업 과정에서 소모품 플랫폼을 선정
신규 생산시설에서 장비 설치와 공정 검증이 시작되면, 소모품 소재를 최초로 기준으로 선정하는 시기가 있다. 이 시기가 링 소재를 평가하기에 가장 효율적인 시점이다. 반면 팹이 양산에 돌입하면 새로운 소모품을 검증하는 일은 훨씬 어려워진다. 시험을 위한 생산 슬롯 확보가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 파운드리에서는 공정 레시피를 일부 조정하는 것조차 최종 고객의 승인이 필요한 경우가 있기 때문이다.
3. 첨단 반도체 아키텍처의 도입으로 CMP 공정의 중요성 증가
2nm 이하 공정에서 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터와 후면 전력 공급 기술이 도입되면서 추가적인 금속 배선층과 코발트(Co), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo)과 같은 새로운 소재가 사용되고 있다.³ 이에 따라 CMP 공정 단계가 증가하고 있으며, 이는 CMP 소모품 사용량 증가와 함께 부품 신뢰성에 대한 중요성도 더욱 높아지고 있음을 의미한다.
그러나 현재 대부분의 범용 및 성숙 공정에서 사용되는 CMP는 여전히 기계적 마모가 주요 요인이다. 이러한 환경에서 PEEK의 긴 수명은 가장 큰 경제적 효과를 제공한다.
링 소재의 검증은 일반적으로 단계적으로 진행된다. 먼저 모니터 웨이퍼를 이용한 오프라인 평가를 수행한 후 장기 마모 시험을 거쳐, 최종적으로 실제 제품을 사용한 양산 라인 검증을 진행한다. 이러한 과정은 조건이 좋은 경우에도 일반적으로 12~18개월이 소요된다. 가장 효율적인 방법은 오프라인 평가를 조기에 시작하고, 슬러리 또는 패드 교체 계획과 링 전환 시점을 맞추는 것이다. 이렇게 하면 실제 생산 슬롯이 확보되었을 때 이미 검증이 상당 부분 진행된 상태에서 전환을 추진할 수 있다.
VICTREX PEEK로 제작된 CMP 리테이닝 링은 동일한 조건에서 PPS 대비 2배 이상의 내마모성을 입증했으며, 교체 횟수를 줄이고 장비당 실제 연마 시간을 늘릴 수 있다.
PEEK가 제공하는 것 – 그리고 제공하지 않는 것
PEEK가 제공하는 것: 동일한 CMP 조건에서 PPS 대비 2배 이상의 긴 사용 수명을 제공한다. PEEK는 소재 단가가 더 높지만, 동일한 운영 기간 동안 필요한 링의 수가 적기 때문에 사이클당 경제성은 PEEK가 더 우수하다. 또한 링 교체를 새로운 슬러리 또는 패드 조성 변경 등 다른 소모품 전환과 함께 진행할 경우, 총비용 절감 효과는 의미 있는 엔지니어링 개선 사례로 이어질 수 있다. 또한 PEEK 링은 PPS와 달리 재활용이 가능하므로, 지속가능성 지표를 관리하는 반도체 팹에 추가적인 이점을 제공한다.
이 단계에서 Victrex의 PEEK 기술 전문가와 협업하면 이러한 장단점을 보다 이른 시점에서 평가할 수 있다. 모델링과 시뮬레이션을 활용해 CMP 공정 하중에서의 마모 거동, 강성 및 변형 특성을 분석함으로써 엔지니어는 단순한 소재 물성 비교를 넘어 실제 부품 수준에서 더욱 빠르고 합리적인 의사결정을 내릴 수 있다. 이를 통해 개발 반복 횟수를 줄이고 적용 효과를 더욱 신속하게 실현할 수 있다. 또한 PEEK 링은 PPS와 달리 재활용이 가능하여, 지속가능성 지표를 적극적으로 관리하는 반도체 팹을 지원한다.
PEEK가 제공하지 않는 것: PEEK는 심각한 기술적 문제를 해결하기 위한 소재는 아니다. PEEK를 적용하는 이유는 위기 대응이 아니라 경제성과 운영 효율성을 높이기 위한 것이다. 실제로 가장 성공적인 적용 사례는 링 소재 평가가 단독 프로젝트로 진행된 경우가 아니라, 계획된 CMP 소모품 최적화 프로젝트의 일부로 수행된 경우였다.
업계 최고 수준의 반도체 제조 현장에서 검증된 솔루션
반도체 팹은 본질적으로 매우 보수적인 환경이다. 단 한 번의 결함이라도 공정 중인 수천 장의 웨이퍼에 영향을 미칠 수 있으며, 그로 인한 손실은 수천만 달러에 이를 수 있다.
Victrex는 수년 동안 PEEK CMP 리테이닝 링을 통해 첨단 반도체 제조업체들이 더욱 안정적인 공정을 구축할 수 있도록 지원해 왔다. 처음에는 공정 개선을 위한 엔지니어링 프로젝트로 시작되었지만, 현재는 실제 양산에서 성능 향상과 비용 절감 효과를 입증하며 업계에서 검증된 솔루션으로 자리 잡고 있다.
참고자료 (References)