MEMS - 1.시장동향

출처 : http://blog.daum.net/oomoolan/13378296

반도체 메이커가 MEMS가공기술을 구사하고 이제가지 대상으로 하지 않았던 사업영역을 개척하기 시작했다. 휴대전화기에 사용되는 무선주파(RF)회로용 전자부품이나 디지털 카메라에 탑재하는 광학부품 등, 반도체 메이커가 외부에서 조달하고 있던 디바이스를 스스로 개발, 제조하여 LSI와 더불어 모쥴화한다. MEMS를 매개로 해서 반도체와 전자부품, 광학부품의 융합이 일어난다.

 

오늘부터 4회에 걸쳐 MEMS 이노베이션 -반도체의 신영역을 개척- 특집 기사를 전문 번역 게재합니다.

시리즈 순서는 1. 시장동향 2. 카메라모쥴의 혁신 3. 무선회로의 이노베이션 4. 제조인프라의 순입니다.

  

MEMS이노베이션 1. 전체동향

MEMS기술이 반도체 메이커에게 새로운 수익을 가져다 주려고 하고 있다. MEMS에 의한 가공기술이 지금까지 전자부품이나 광학부품에서 밖에 실현할 수 없었던 기능을 반도체에 부여하게 되었다. 이러한 상황은 지금까지 가능성에 머물러 있었지만 최근에 와서 구체화되었다. MEMS 기술이 코스트나 신뢰성의 면에서 핸드폰을 시작으로 하는 다양한 어플리케이션의 양산에 사용할 수 있는 레벨에 이르렀기 때문이다. STMicroelectronics(ST)는 2009년부터 MEMS가공기술을 사용한 새로운 제조방법을 핸드폰용 소형 카메라 모쥴에 적용한다. MEMS가공이라는 반도체 제조 프로세스의 파생기술을 이용함으로써  현재는 광학부품 메이커로부터 조달하고 있는 렌즈 등의 부품을 스스로 다룰 수 있게 되었다. 이 회사 자체는 주변의 사업영역에 스스로 나설 구체적인 계획은 현시점에는 없다고 하고 있지만 제조 코스트를 고려하면 장래적으로 내제화를 진행해 갈 가능성은 높다.

MEMS가공에 의한 비슷한 제조방법의 개발은 ST이외에도 알프스 전기와 도시바, 미국 마이크론테크놀로지가 추진하고 있다. 또한 대만의 TSMC와 이미지 센서 메이커인 옴니비전과의 합병회사에서도 MEMS가공에 의한 렌즈제조를 계획하고 있다. 더욱이 TSMC의 자회사에서도 MEMS가공에 의한 카메라 모쥴의 제조를 실시하고 있다. 반도체 메이커에 의한 카메라 모쥴의 제조는 이 업계의 새로운 트렌드로서 정착될 것으로 보인다.

 

2008년 봄에 도시바는 무선회로의 구성을 MEMS에 의하여 간소화하는 기술을 개발했다. 동사의 개발에 있어서 중요한 점은 반도체 메이커가 다루기 쉬운 MEMS가공 프로세스를 개발하고 본업인 반도체 사업에 흡수할 수 있도록 하는 것이다. 제조 프로세스의 대부분을 기존의 CMOS 표준 프로세스로 하고, 여기에 MEMS독자의 가공 프로세스를 추가하고 있다. 도시바는 5월말에는 MEMS 디바이스의 코스트나 신뢰성을 좌우하는 패키징 기술에 있어서도 독자 방법을 개발하고 있다고 밝혔다. 이에 따라 동사가 지금까지 제조해 온 기존의 반도체와 같은 레벨의 저코스트와 고신뢰성으로 MEMS 디바이스의 양산이 가능하게 된다. 그 결과 MEMS 기술을 적용가능한 주파수 필터나 VCO(전압제어발진기)를 파워업이라는 기존의 반도체 디바이스와 융합해서 제공할 수 있게 된다.

 

지금까지도 MEMS 기술을 반도체 디바이스에 도입하는 일은 있었지만 이번 움직임은 이전과는 본질적으로 다르다. 지금까지는 주로 반도체 제조의 파생기술로서 MEMS를, 반도체에서와는 다른 MEMS디바이스로서 개발, 제조해 왔다. 이것으로는 반도체메이커는 전혀 다른 분야에서 승부하는 것이 된다.

예를들어 텍사스 인스트루먼트는 프로젝터 디바이스(DMD)에서 동사에 있어서 익숙하지 않은 디스플레이 분야에 나가 있엇다. 미국 아나로그 디바이스나 ST는 가속도 센서에서 전자부품분야에 참여했다. 어느 쪽도 다른 분야에의 참여가 되었기 때문에 기술개발을 끝내고 실제 사업으로 전개하는데는 10년이라는 긴 기간을 필요로 했다.

이에 비하여 이번 움직임은 반도체 메이커의 본업에 축을 둔 상태에서 신규사업 영역을 적용하는 모양새이다. 장점 분야인 기존영역의 경험과 노하우를 살리기 때문에 사업화에 필요한 시간을 단축하기 쉽다. 이러한 MEMS를 사용한 반도체 디바이스는 MEMS업계에 있어서 제조장치와 재료의 새로운 견인역이 될 가능성이 있다. 지금까지의 견인역이었던 생활가전용 가속도 센서와 Si마이크 등 MEMS디바이스에서는 참여자의 승패가 확실시 되고 있다. 그 결과 신규 참여자에 의한 투자는 둔화되고 설비투자의 견인력은 저하되고 마는 가능성이 높다. 이 분야의 시장확대가 계속 예상되어도 신규참여를 기대할 수 없다.

한편, MEMS를 반도체의 부가가치로 볼 경우, Si관통전극을 사용한 3차원 적층화 기술 등과 마찬가지로 MEMS업계에 있어서 투자규모는 한꺼번에 증대한다. 반도체의 시장규모는 MEMS에 비하여 엄청나게 크기 때문에 반도체 메이커가 MEMS를 취급하는 것만으로 MEMS업계에는 큰 임펙트가 된다.

 

MEMS기술을 반도체의 부가가치로서 구현하는 사례는 앞으로 더욱 늘어날 가능성이 높다. 현재는 MEMS를 만들 수 있는 프로세스 기술력을 갖고 있는 대형 IDM(Intergrated device manufacturer)이 이러한 이노베이션의 은혜를 받는 것이 가능하다. 앞으로는 대형 IDM이외에도 MEMS기술을 다루는 것이 가능하게 된다. Si파운더리 최대기업인 TSMC가 MEMS사업을 본격적으로 전개하기로 했기 때문이다.

TSMC는 2008년 5월, MEMS사업에의 본격참여를 명확히 했다. 동사는 지금까지 한정된 고객에 대하여 MEMS가공의 수탁 서비스를 실시해 왔지만 앞으로는 MEMS파운더리로서 일반고객에 대하여도 MEMS서비스를 전개한다. 이에 따라 ST나 도시바같은 IDM이 아닌 펩레스의 반도체 메이커에서도 TSMC를 제조 인프라로서 이용함으로써 MEMS가공기술을 반도체에 구사하는 것이 가능하게 된다. 많은 반도체 메이커가 MEMS에 의한 다양한 기능을 집적한 반도체를 통하여 다른 분야의 사업을 획득하기 쉽게 된다.

TSMC는 자회사로서 MEMS 제조프로세스와 웨이퍼레벨 패키징 등을 담당하는 대만 Xin Tec을 갖고 있다. MEMS분야의 조사회사인 프랑스의 욜 디벨롭먼트에 의하면 Xin Tec이 MEMS 고유의 프로세스를 담당하고 반도체 프로세스만을 TSMC가 담당한다고 한다. TSMC는 그룹으로서 CMOS와 MEMS의 양쪽 제조 서비스를 제공하고 이를 융화시킨 디바이스에서 리드해 갈 의향이다.

 

반도체와 MEMS의 융합이 임팩트를 부여하는 사례로서 휴대전화기용의 디바이스가 있다. 휴대전화기용 디바이스는 단가하락이 진행되고 있는 중에도 출하수량이 많기 때문에 여전히 디바이스 메이커의 사업에서 중핵을 차지한다. 핀란드의 노키아를 시작으로 대형 휴대전화기메이커는 단말의 부재 코스트 압축에 더하여 제조코스트의 저감을 진행하고 있다. 이를 위하여 제조 자동화 비율을 높이려 하기 시작했다. 구체적으로는 휴대전화기용 프린트 기판에 탑재하는 모든 부품을 납땜 리프로에 의한 자동실장에 대응시킨다. 지금까지는 마이크와 카메라 모쥴 만이 자동실장을 할 수 없었다.

이 중 마이크에 관해서는 2003년경부터 자동실장이 가능하게 되었다. 일부 휴대전화기 메이커가 리프로에 의한 자동실장이 가능한 마이크로서 MEMS기술에 의한 Si마이크를 채용하도록 되었기 때문이다. 그리고 '2008년 중에는 노키아 등 대형 휴대전화기 메이커도 현재 평가중인 Si마이크를 채용할 가능성이 높다고 한다. 이 변화를 가져온 것은 내열성이 있는 Si박막이다. 종래의 마이크인 ECM에서는 센서 부분의 박막(엘렉트렛)의 기능이 리프로 할때 고온으로 열화되었었다. 엘렉트렛 대신에 Si박막을 사용하는 Si마이크는 리프로의 고온에 견딜 수 있다.

카메라 모쥴의 자동실장화도 최근에 와서 드디어 구체화되기 시작했다. 이미 노키아가 채용을 시작하고 있어 앞으로는 대형기업을 포함한 대부분의 휴대전화 메이커가 뒤를 이을 것이다. 여기에 채용의 열쇠를 쥔 것은 내열성이 높은 렌즈이다. 예를 들어 ST는 MEMS가공기술을 사용한 저코스트의 내열 렌즈를 이미 도입하고 있다.

2010년대 전반기는 휴대전화기에 MEMS가 보다 큰 이점을 가져다줄 것이다. 차세대 휴대전화기는 멀티밴드화에 의한 무선부의 회로구성이 복잡하게 된다. MEMS기술을 사용함으로서 소형 및 고신뢰 RF회로용 디바이스가 실현될 것이다.

 

이러한 MEMS에 의한 기술혁신은 생활가전에서 센서네트워크에도 넓혀질 것이다. 최근 십수년, 컴퓨터에 있는 창대한 데이터가 인터넷을 매개로 쉽게 억세스 가능하게 되었다. 그것도 검색기능의 충실성에 의해 원하는 데이터를 손에 넣을 수 있게 되었다. 이것과 같은 일이 MEMS기술을 구사한 센서의 저코스트화에 의하여 센서 시스템의 세계에도 일어난다. 사물이나 사람에게 센서를 붙여서 그 주위의 정보를 네트워크 경유로 얻을 수 있게 된다. 이렇게 해서 수집한 데이터를 인터넷에 접속된 컴퓨터 상의 데이터와 마찬가지로 실제 세계의 정보를 활용할 수 있데 된다.

이러한 환경에서 필요하게 되는 디바이스는 신호처리LSI는 물론 센서, 무선네터워크LSI, 소형전원 등이 있다. 현재와 비교하여 새롭게 필요로 하게 되는 기능은 생체 센서, 열이나 진동에서 발전하는 디바이스 등이다. 이러한 분야에 잇어서도 ST 등 반도체 메이커가 MEMS가공기술의 도입을 추진하고 있다.

 

실세계의 정보 시스템으로 높은 수익을 얻는 것은 디바이스 메이커 보다도 수집된 데이터에 부가가치를 부여하는 인터넷 관련기업인지도 모른다. 예를 들어 검색엔진으로 인터넷 세계를 석권하고 있는 구글이 센서로 수집한 방대한 리얼데이터에 대해서도 검색, 정리하는 것으로 높은 수익을 얻을 가능성이 있다. 그러나 지금까지 같은 환경에서도 수익을 높여온 디바이스 메이커는 존재한다. 예를 든다면 PC업계에서는 마이크로소프트가 인텔과 더불어 주도권을 쥐고 있었다. 그래서 인텔은 자사의 마이크로프로세서를 PC의 독점적인 표준 인프라로서 유지하는 것으로 고수익을 올리고 있다. 이 때문에 인텔은 PC분야에서 마이크로소프트의 OS전략에 보조를 맞춰주는 형태로
어플리케이션 측의 니즈에 발빠르게 대응하여 왔다. 실세계 정보시스템에 있어서도 반도체 메이커가 수익을 확보하기 위해서는 인텔과 같이 어플리케이션의 니즈에 부합하는 것이 중요하게 된다.

 

반도체 메이커가 MEMS를 수용하기 쉬운 환경도 계속 정비되고 있다. 반도체 메이커의 입장에서 볼 때 MEMS설계,제조라는 인프라가 이용하기 쉽게 되고 있기 때문이다. MEMS기술은 최근 20년 가까이 걸쳐서 진화해 온 것으로 반도체의 IP코아처럼 설계자가 쉽게 이용가능하도록 계속 변화하고 있다. MEMS의 양산기술은 1990년대에 잉크젯 헤드의 제조로 크게 진화했다. 그것이 저코스트화가 요구되는 생활가전용 가속도센서 등의 MEMS디바이스의 양산을 가능하게 했다.

그 시장확대에 의하여 제조장치나 재료, MEMS파운더리 등의 제조 인프라가 성장해 오고 있다. 더욱이 반도체 분야에 특화하고 있던 Si파운더리도 MEMS제조를 본격적으로 실시할 정도로 MEMS제조장치가 사용하기 쉽게 되고 있다. 이 결과, TSMC와 같은 초대형 Si파운더리가 MEMS설계프로세스의 표준화에 관심을 갖기 시작했다. 표준화의 진전은 MEMS기술의 범용화로 이어져 반도체 메이커에 따라서는 도입의 허들을 낮추는 것이 된다.