지난해부터 산업이 급성장하면서, 동시에 기초 원자재 수급불안이 가중되고 있는 발광다이오드(LED). LED의 기초 소재는 흔히 보석으로 분류되는 투명한 `사파이어`다. 물론 인공적으로 제조한 공업용 사파이어지만 웨이퍼 형태로 가공한 뒤, 각종 화합물을 증착시키고 전극을 붙이면 1개의 LED가 완성된다. LED 생산을 위해 꼭 필요한 기초 소재인 만큼, 산업이 팽창함에 따라 제일 먼저 공급부족 현상이 초래된 분야가 바로 LED용 사파이어 잉곳 · 웨이퍼다.
◇잉곳 · 웨이퍼, 적어도 내년 초까지 공급부족=LED용 사파이어 잉곳 · 웨이퍼 제조공정은 반도체 · 태양전지용 실리콘 잉곳 · 웨이퍼 생산과정과 흡사하다. 실리콘 잉곳 · 웨이퍼가 고순도 폴리실리콘을 원재료로 한다면, 사파이어는 알루미나(Al₂O₃)가 원천소재다. 잉곳 제조에 가장 많이 사용되는 `키로풀러스` 공법의 경우, Al₂O₃를 잉곳 성장로에 넣고 2100℃로 가열하면 32㎏ 혹은 85㎏의 사파이어 단결정 잉곳이 생성된다. 완성된 잉곳을 2 · 4 · 6인치 직경의 원통형 모양으로 가공한 뒤, 단면으로 자르면 웨이퍼가 완성된다. 32㎏급 성장로 1대는 2인치 기준, 월 3300장에 해당하는 사파이어 웨이퍼를 생산할 수 있다.
다만, 제조 공법이 안정화된 실리콘 잉곳과는 달리 사파이어는 아직 세계 여러 업체에서 저마다 다른 방식으로 생산공정을 개발 중이다. 기술이 안정화되지 않다보니, 투자에 따른 생산능력 증가량도 LED 칩 업체들의 요구에 따라가지 못하고 있는 실정이다. LED 산업 호황에도 불구하고 사파이어 잉곳 공급부족 현상이 지속되고 있는 이유다. 일진디스플레이 · 크리스탈온 등 국내 웨이퍼 업체들이 웨이퍼 가공라인을 공격적으로 확장하고 있지만 정작 잉곳 수급이 쉽지 않을 정도다. 크리스탈온의 경우 모회사인 한솔LCD가 직접 사파이어 잉곳 사업에 진출함으로써 이 같은 수급 불균형을 타개하겠다는 전략이다. 업계 관계자는 “세계적으로 사파이어 잉곳 생산능력을 확대하고 있지만 적어도 내년 초까지 공급부족 현상이 해결될 기미가 보이지 않는다”고 말했다.
◇연말께 6인치 시장 개화=생산 공정 안정화와 함께 사파이어 잉곳 업체들이 요즘 가장 연구개발(R&D)에 열을 올리고 있는 부분은 6인치 이상 대구경용 제품생산이다. 동일 조건이라면 6인치 웨이퍼에서 LED를 생산하는 게 2인치에서 생산하는 것보다 생산량이 40% 정도 많다. LED 업체들이 올해 연말을 기점으로 6인치 웨이퍼를 이용한 LED 생산에 돌입할 예정이어서 사파이어 잉곳 · 웨이퍼 업체들도 이에 대한 대응을 서두르고 있다. LG이노텍의 경우, 경기도 파주에 6인치 웨이퍼용 유기금속화학증착장비(MOCVD) 반입을 완료했다. 최근 직접 가공한 6인치 사파이어 웨이퍼를 이용해 시험 가동 중일 정도로 대구경 웨이퍼를 이용한 LED 생산에 사활을 걸고 있다. 국내 사파이어 잉곳 1세대로 꼽히는 사파이어테크놀러지도 지난 5월 6인치용 잉곳 생산기술을 개발했다. 이 밖에 아즈텍 · 비아이이엠티도 6인치 웨이퍼용 잉곳 양산기술 개발에 박차를 가하고 있다.
안석현기자 ahngija@etnews.co.kr
