나노단위 오류까지 검출…첨단 반도체의 '주치의'

반도체 신뢰성 평가·종합분석 업체 큐알티

큐알티가 보유한 접속이온빔(FIB) 장비. 이를 통해 나노크기의 구리배선 회로까지 조작할 수 있다.

[아시아경제 최동현 기자] 글로벌 반도체 경쟁의 핵심은 초미세 공정이다. 이는 실리콘으로 이뤄진 반도체 기판(웨이퍼)에 특수 장비로 회로를 얼마나 작은 선폭으로 그려 넣을 수 있느냐다. 지난 6월 삼성전자는 세계 최초로 3나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 공정 양산을 시작했다. 이는 성인 머리카락 굵기를 10만분의 3 수준으로 좁힌 것과 같다. 반도체가 미세해질수록 예상치 못한 불량이 발생했을 때 이에 대한 원인을 파악하기도 그만큼 까다롭고 정밀해질 수밖에 없다. 제조 공정에서 발생한 미세먼지·온도·습도·정전기 등을 분석하는 것에서부터 최첨단 장비와 기술력이 없으면 측정조차 불가능한 중성자·양성자 수준의 실험까지 거쳐야 한다. 지난달 2일 코스닥 시장에 입성한 큐알티는 이런 기술력을 보유한 국내 1위 업체다.

국내 유일 반도체 신뢰성 테스트·종합분석 기업 큐알티

큐알티 연구원이 광학현미경을 활용해 반도체 제품 불량을 분석하고 있다.

큐알티는 반도체 신뢰성을 평가하고 불량 원인을 분석하는 업체다. 1983년 현대전자 부서로 출발해 2005년 큐알티반도체로 창립되면서 하이닉스 반도체 자회사로 편입됐다. 이후 큐알티는 2014년 5월 당시 SK하이닉스 자회사였던 SK하이이엔지에서 계열 분리해 현재까지 국내외 6개 사업장에서 사업을 이어오고 있다. 지난해 매출 705억원, 영업이익은 186억원을 기록했으며 올해 상반기 매출과 영업이익은 각각 304억원, 82억원으로 집계됐다.

큐알티 사업은 크게 신뢰성 시험과 종합분석 두 가지로 나뉜다. 신뢰성 시험은 반도체에 특정 환경이 주어졌을 때 일정 기간 고장없이 최초의 품질이나 성능을 유지할 수 있는지 확인하는 과정이다. 가령 반도체에 영하 50도부터 영상 150도까지 오르내리는 극한의 온도 상황을 만들거나 2만볼트의 고압 전류를 흘려 성능에 어떤 변화가 있는지 파악한다. 종합분석은 양산제품이나 시제품에서 발생하는 알 수 없는 동작 오류나 불량 원인을 파악하는 작업이다. 큐알티는 그동안 삼성전자·SK하이닉스·퀄컴·메타·마이크로소프트 등 글로벌 IT업체를 포함한 1500여 기업에 서비스를 제공해왔다.

글로벌 반도체 기업 출신 엔지니어 뭉쳐

전희석 큐알티 종합분석부문장.

경기 수원시 영통구 한국나노기술원에 위치한 큐알티 광교지사는 큐알티의 종합분석 사업을 책임지는 연구소다. 이곳에서 만난 전희석 큐알티 종합분석부문장은 "신뢰성 분석은 설비 위주지만 종합분석은 기술자의 경력이나 노하우가 중요한 사업부"라며 "큐알티에는 국내외 굴지의 대기업 반도체 분야 엔지니어 다수가 모여있다"고 했다.

전 부문장은 삼성전자 반도체 부문에서 약 30년간 일한 뒤 지난해 큐알티에 합류했다. 그는 삼성에서 1990년대 당시 최첨단이었던 1.5마이크로미터(μm·1μm=100만분의 1미터) 금속산화반도체(CMOS) 로직 공정부터 퇴사 전 28나노급 양산까지 삼성의 초미세 공정 과정을 직접 목격했다. 전 부문장은 "삼성에서는 외부에 반도체 분석을 의뢰하거나 의견을 제기하는 입장이었는데 지금은 반대로 고객사의 의뢰를 받아 분석업무를 수행하고 있다"면서 "고객이 무엇을 원하는지 너무 잘 알기 때문에 고객 만족도도 높다"고 전했다.

광교지사에는 종합분석을 위한 다양한 첨단장비들이 구비돼 있었다. 3차원(3D) 컴퓨터단층촬영(CT) 장비는 반도체를 360도 회전해 촬영한 수천장의 X선 사진을 모아 3D 영상과 이미지로 구현한다. 대형 현미경처럼 생긴 집속이온빔(FIB)은 나노 크기의 구리배선 회로까지 조작할 수 있는 장비다. 전 부문장은 "반도체 미세 공정 과정에서 성능 저하를 막기 위해 주로 구리 배선을 사용하는데 FIB로 즉시 회로 수정이 가능하다"면서 "큐알티는 이 기술을 보유한 국내 유일의 기업이다"고 자신했다.

5G·자율주행·항공우주 등 신사업 발굴

큐알티 연구원이 TLP(Transmission Line Pulse) 장비를 활용해 정전기방전(ESD) 신뢰성 평가 테스트를 진행하고 있다.

큐알티는 현재 차세대 먹거리를 위해 산업통상자원부와 5G 시스템반도체 수명평가 장비와 반도체 소프트에러 검출 장비를 개발 중이다. 5G 시스템반도체 수명평가 장비는 자율주행차, 드론, 로봇 등에 활용되는 5G 반도체의 특성을 고려한 신뢰성 평가 장비다. 반도체 소프트에러 검출 장비는 우주나 지상 환경에서 특정 원인에 의해 반도체 회로가 영향받아 오작동을 일으킬 수 있는 소프트에러에 대한 검출 장비다.

전 부문장은 "신뢰성 평가와 종합분석에 대한 수요는 TV, 스마트폰, 전자기기에서 점차 자율주행, 인공지능(AI), 항공·우주, 로봇, 디지털헬스케어 분야로도 확대되고 있다"면서 "국내 반도체 기업과의 파트너십을 더욱 공고히 해 반도체 품질을 향상시키는 데 기여할 수 있도록 최선을 다할 것"이라고 밝혔다.

최동현 기자 nell@asiae.co.kr