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중요성

대구경 고효율 사파이어 단결정 개발로 세계 LED시장을 선도합니다.

LED BLU의 수요급증으로 ‘09년 사파이어 기판수요가 전년대비 400% 증가했으며, ‘15년 조명시장의 30%를 LED가 대체할 것으로 예상됨으로, 사파이어 기판의 수요는 지속적으로 성장할 전망입니다.

DRAM Memory 및 Flash Memory의 뒤를 이어 대규모 반도체 시장을 형성할 것으로 예상되고 있는 LED는 디스플레이, 조명, 의료기기, 무선통신 등에서의 핵심 부품으로 자리매김을 하고 있으며, 향후 열리게 될 LED 조명시장의 경우 그 파급력은 현재까지의 Memory 반도체 시장을 넘어설 것으로 예측되고 있습니다.

국내 LED산업의 Epi/Chip/모듈 등의 고부가가치산업의 발전에만 치중되어 있음. 하지만 LED산업이 급성장에 따른 기초기반산업에 비중에 높아지면서 시장경쟁력을 확보하기 위해서는 LED기초소재인 사파이어 단결정성장 기술의 개발이 필요하게 되었습니다. 또한, 생산성을 높이기 위해서는 대구경화가 가능하고 잉곳의 효율이 높은 사파이어 단결정의 성장기술이 절실히 요구되고 있습니다.

GaN기판은 가격이 단결정 사파이어 대비 10~20배에 달하고 있어 경제성이 부족한 형편입니다. 이에 비해 단결정 사파이어의 경우 격자 불일치 및 열적 불일치 측면에서 실리콘 카바이드에 비해 불리함에도 불구하고 안정성 및 가격의 이점에 의하여 LED 제조에 주로 사용되고 있으나 국내에서의 단결정에 대한 기반기술이 충분하지 않은 상태입니다.

LED 조명시장이 높은 가격 및 광효율 개선의 문제로 천천히 성장하기 시작한 데 비해 국내 대기업들은 LED Chip을 LCD 디스플레이의 광원으로 사용하여 LED TV, LED Monitor등을 연이어 발표하며 LED 산업의 급속한 성장을 일으키고 있으며 특히 LED TV는 미국 환경청의 TV제품에 대한 에너지 효율 강화 등 환경적인 문제와 맞물려 폭발적인 성장을 하고 있습니다.

최근 이산화탄소로 인한 지구 온난화 문제가 글로벌 이슈로 떠오르면서 현재의 조명 방식이 글로벌 이산화탄소 발생량의 약 15%를 차지하고 있다는 사실에 기인하여 세계 각국은 광효율이 낮은 백열등의 퇴출과 더불어 광 효율이 우수한 LED 조명의 선택을 강제하고 있으며 2008년부터 시작된 불황을 녹색성장으로 극복하기 위하여 LED 조명 산업 육성 정책을 속속 발표하고 있습니다.

Evolving wafer dimension

대신증권 “LED산업” 2010.03

Wafer 생산 효율

Wafer 생산 효율
구분 2인치 4인치 6인치
wafer
사용량
42매 11매 6매
2″ 대비
면적 증가율
- 4.8% 28.6%

Chip 생산 효율

Chip 생산 효율
구분 2인치 4인치 6인치 8인치 12인치
chip 수량
(1×1mm)
1,772 7,554 17,370 31,380 71,412
2″ 대비
면적 증가율
- 6.6% 8.9% 10.7% 11.9%

사파이어 단결정 기판크기 증가에 따른 웨이퍼와 칩의 생산효율 변화

2008년까지 LED는 주로 2인치 사파이어 기판을 사용하여 제조되었으나, 현재는 삼성 LED 및 대만 등을 중심으로 4인치 기판 시장으로 이동 중에 있습니다.

국내 유일의 LED용 사파이어 단결정 생산 업체인 사파이어테크놀로지는 2007년부터 사파이어 기판 제조사인 한솔테크닉스(주) 및 일진디스플레이와 협력하여 삼성 LED의 4인치 에피웨이퍼 연구개발 과정에서부터 함께 참여하였고, 2008년 하반기 시생산 개시 후 현재까지 삼성 LED에 안정적인 4인치 사파이어 단결정 기판 공급을 해오고 있습니다.

2013년 이후에는 Si 반도체 시장과 같이 사파이어 기판의 대구경화가 급속히 이루어져서 6인치 기판 시장으로 빠른 전환이 이루어 질 것으로 예상됩니다.

LED 제조용으로서 6인치 이상 대구경 사파이어 웨이퍼가 사용되기 위해서는, 사파이어 웨이퍼의 CMP 표면을 0.2nm까지 Smooth하게 제조하면서 고평탄도를 달성하기 위해서는 고도의 가공기술 요구되는데, 이는 경도가 매우 높은 사파이어에서는 쉽지 않은 공정이므로 웨이퍼 절단부터 CMP까지의 설비의 설계와 공정조건의 기술 확립이 필요합니다.

사파이어 기판 제조 업체의 경우, Slicing - Lapping - Polishing - CMP (Chemical Mechanical Polishing) 등의 가공장비를 전량 일본 및 유럽에서 도입하고 있으며 6인치 이상의 대구경 사파이어 기판을 만들기 위해서는 기술 개발 및 자금 지원이 절실한 형편입니다.

과거 반도체 산업의 호황이 국가 경제의 발전에 큰 기여를 했으나 정작 원재료 및 장비의 대부분을 외국에서 들여왔기 때문에 반도체 매출이 많아짐에 비해 그 수혜는 외국 기업들이 보았던 문제점이 LED 산업에서도 재현될 가능성이 있습니다.

국내 LED관련 사업의 발전 및 기술 사업의 발전을 위해서는 국내 사파이어 잉곳 제조 사업이 구축되어야 하며, 그로인해 국내 LED관련 업체의 해외 사파이어 잉곳 제조업체에 대한 의존도를 저하시켜 LED관련 제품의 경쟁력을 강화시키는 한편 국내 품질 수준은 물론 생산량을 확대하여 국내 시장 및 해외 시장으로의 진출도 절실한 상태입니다.

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