요즘 반도체 관련 뉴스를 보다 보면 유난히 자주 등장하는 단어가 있어요. 바로 ‘희토류’인데요. 반도체 관련주 소식이나 글로벌 공급망 이슈에도 빠지지 않고 등장하는 만큼 중요한 소재라는 건 알겠지만, 막상 “정확히 무엇인지, 왜 반도체와 관련이 있는지” 궁금했던 분들도 많으실 거예요.
그래서 이번 ‘반도체의 모든 것’에서는 희토류가 어떤 원소인지부터 시작해 반도체 제조 과정에서 어떤 역할을 맡고 있는지, 그리고 최근 왜 글로벌 뉴스의 중심에 서게 되었는지를 차근히 정리해 보려 해요. 그럼, 지금부터 LX세미콘과 함께 희토류를 알아보러 가볼까요?
▪ 희토류(Rare Earth Elements) : 말 그대로 “드문 흙 원소”라는 뜻으로, 주기율표상 네오디뮴(Nd), 이트륨(Y), 란타넘(La)을 비롯한 17개 물질을 말해요.
이 원소들은 자성을 띠거나 특정한 빛을 내고, 전기·열을 전달하는 성질이 뛰어나 스마트폰, 전기차 모터, 풍력터빈 같은 첨단 기기는 물론 반도체 제조 장비에서도 중요한 역할을 하는 ‘첨단 산업의 비타민’ 같은 소재로 알려져 있어요.
첨단 반도체 산업에서는 여러 장비가 매우 정밀하게 작동하고, 하나하나의 미세 공정이 높은 정확도로 진행돼야 해요. 희토류는 칩을 제조하는 장비를 움직이고 공정을 안정적으로 수행하는 데 꼭 필요한 핵심 소재로 공정 곳곳에서 활용되고 있어요.
그럼 이제, 반도체 제조 장비 구동 및 미세 공정 과정에서 희토류가 어떤 역할을 담당하는지 세 가지로 나누어 자세히 살펴볼게요!
- 반도체 제조 장비를 움직이는 핵심 소재
희토류는 반도체 제조 장비가 정밀하게 작동하는 데 꼭 필요한 소재예요. 특히 희토류 원소 중 네오디뮴(Nd)과 디스프로슘(Dy)은 웨이퍼 위에 미세 회로를 찍어내는 장비인 리소그래피의 내부 정밀 모터에 사용돼요. 리소그래피는 빛을 이용해 회로 패턴을 새기는 핵심 공정이라 정확한 위치 제어가 매우 중요한데, 이 정밀 구동을 가능하게 하는 데 희토류가 큰 역할을 하죠.
이 외에도 반도체 제조 과정에서 정밀하게 속도와 위치를 제어해야 하는 다양한 장비에 고강도 NdFeB(네오디뮴–철–붕소) 자석이 꼭 필요해요. NdFeB는 네오디뮴을 기반으로 만든 강력한 영구자석으로, 웨이퍼를 이송하는 로봇 팔이나 증착·식각 공정에서 움직이는 정밀 모터처럼 고정밀 구동이 필요한 장비에서 핵심 역할을 한답니다.
- 미세 공정의 평탄화(CMP) 과정에 필수
7나노미터 이하의 초미세 공정에서는 웨이퍼 표면을 원자 단위에 가깝게 평탄하게 만드는 과정이 매우 중요한데요. 이때 진행되는 공정이 바로 웨이퍼 표면을 화학적·기계적으로 매끄럽게 다듬는 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 공정이에요.
희토류 원소인 세륨(Cerium)의 산화물, 세리아(Ceria)는 이 공정에서 슬러리(연마제)의 핵심 성분으로 사용되죠. 세리아 기반 슬러리가 없으면 회로 패턴의 정밀도가 떨어져 초미세 공정의 안정성이 낮아질 수 있어요. 세리아는 투입되는 양은 많지 않지만, 반도체 미세 공정에서 빠질 수 없는 핵심 소재랍니다.
- 고집적·초미세 공정에 따른 희토류 의존도 심화
14nm(나노미터) 이하 시스템반도체나 256단 이상 메모리반도체처럼 고집적·초미세 공정을 요구하는 반도체를 만들 때는 제조·테스트 장비 곳곳에 희토류 소재가 사용돼요. 특히, 최근 중국의 수출 통제 조치에 이런 장비에 필요한 사마륨(Sm), 디스프로슘(Dy), 터븀(Tb)과 같은 자성(자력)을 높여주는 희토류가 포함되면서 국내 반도체 산업 전반에 영향이 커지고 있죠. 이 원소들은 노광기나 식각기 같은 정밀 장비의 영구자석·정밀 모터 등에 쓰이는 핵심 소재로, 장비의 성능과 안정성을 좌우하는 만큼 공정 미세화가 진행될수록 의존도가 더 높아질 수밖에 없어요.
지금까지 반도체 제조 장비 구동과 미세 공정 과정에서 희토류가 얼마나 중요한 역할을 맡고 있는지 살펴봤어요. 그렇다면 왜 요즘 뉴스에서 희토류 이야기가 이렇게 자주 등장할까요?
가장 큰 이유는 전 세계 희토류의 약 91%를 ‘중국이 공급하고 있다’는 점 때문이에요. 희토류가 핵심 산업의 기반인 만큼, 중국의 독점 구조는 여러 나라의 산업 전략에도 큰 영향을 미치고 있는데요. 이런 시점에서 어떤 상황들이 전개되고 있는지, 최근 관련 이슈들을 하나씩 살펴볼게요!
- 중국의 희토류 수출 통제 강화
중국 정부가 반도체·AI 장비 등에 쓰이는 희토류와 관련된 기술·자원에 대해 수출 심사와 허가를 강화했어요. 이는 첨단 산업에 필요한 핵심 소재 흐름을 직접 제한하는 조치로, 글로벌 반도체 공급망 전반에 영향을 주고 있죠.
- 한국 반도체 산업의 공급망 리스크 확대
한국 반도체 산업은 희토류의 상당 부분을 중국에 의존하고 있어요. 14nm 이하 시스템반도체나 256단 이상 메모리반도체처럼 초미세 공정 장비에도 희토류가 사용되기 때문에 중국의 수출 통제가 현실화될 경우 산업 경쟁력에 직접적인 부담이 될 수 있다는 우려가 제기되고 있어요.
- 미·중 전략 경쟁 속 희토류 공급망 재편
미국은 중국의 희토류 독점 구조에 대응하기 위해 대체 공급망 확보에 속도를 내고 있어요. 특히 희토류 확보를 위해 호주 등 해외 자원과의 협력을 강화하며 중국 의존도를 낮추기 위한 전략을 추진 중이에요. 이런 움직임은 글로벌 희토류 공급망뿐 아니라 반도체와 첨단 소재 시장 전반에도 변화를 불러오고 있답니다.
지금까지 희토류가 무엇인지, 반도체 산업에서 어떤 역할을 맡고 있는지, 그리고 최근 어떤 이슈들이 이어지고 있는지 살펴봤어요. 이제 오늘 내용을 이해하는 데 함께 알아두면 좋을 용어들도 간단히 정리해 드릴게요.
▪ 희토류 자석(영구 자석, Rare Earth Magnet)
: 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy) 등을 넣어 만든 고성능 영구자석. 전기차 모터와 첨단 장비에서 가장 널리 사용.
▪ 전략광물(핵심광물, Critical Minerals)
: 친환경·반도체·AI 산업에 필수적인 금속을 묶는 용어. 희토류는 전략광물 1군으로 분류.
▪ 공급망(Supply Chain) / 공급망 위기
: 특정 국가·기업이 독점하는 원자재를 안정적으로 확보하기 위한 산업 체계. 중국이 희토류 시장을 장악하면서 가장 많이 거론되는 키워드.
오늘은 반도체 산업에서 빠질 수 없는 희토류의 역할부터 글로벌 공급망에서 벌어지는 여러 움직임까지 함께 살펴봤어요. 앞으로도 기술이 발전할수록 이런 소재들의 중요성은 더 커질 텐데요. LX세미콘 ‘반도체의 모든 것’에서는 계속해서 변화하는 산업 흐름을 놓치지 않도록 쉽고 정확하게 전해드릴게요. 다음 편도 기대해 주세요!
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