수억 달러 클린룸 대신 우주로… 11분 비행이 바꾼 팹의 미래

미국 반도체 스타트업 베스엑서가 스페이스X 팰컨9으로 진행한 71마일 준궤도 시험 비행 결과를 성공으로 확정하며 우주 반도체 제조 실증에 성공했다.

EE타임스는 9월 11일(현지시각) 지난 7월 5일 발사된 시험 용기를 회수해 분석한 결과 우주 진공이 천연 청정실로 작동함을 입증했다고 보도했다. 억 단위 클린룸 고정비 부담이 커진 가운데 지상 화합물 반도체 전공정의 산업 패러다임을 바꿀 수 있다는 관측이 나온다.


베스엑서는 플로리다주 케이프 커내버럴 우주군 기지 SLC-40 발사대에서 스페이스X 팰컨9 1단 부스터에 자체 설계한 클리퍼 클래스 용기 2기를 장착했다. 용기 내부에는 사파이어 기판 위 질화갈륨(GaN), 무도핑 실리콘, 베어 사파이어 웨이퍼 샘플을 배치했다.
이번 시험은 우주 비행 전 과정에서 용기가 진공을 수용하면서 오염 물질을 완전히 차단하는지 검증하는 데 집중됐다.

발사체는 국제 공인 우주 경계선을 넘어 약 71마일(약 114킬로미터) 고도까지 도달했다. 이륙 약 11분 만에 부스터가 지상 착륙장으로 복귀하면서 탑재 용기도 온전한 상태로 지상에 회수됐다. 회수 직후 점검에서 웨이퍼 샘플의 균열이나 뒤틀림 같은 외형 손상은 관측되지 않았다. 미 항공우주국(NASA) 표준 테이프 테스트 결과 용기 내부 환경은 지상 주변 공기보다 오염 입자가 적은 청정 상태를 유지했다.


애슐리 필리피신 베스엑서 최고경영자(CEO)는 용기 전면 패널을 열었을 때 결합 당일만큼 완벽하게 깨끗했다고 평가했다.

다만 시험에 투입된 2개 용기 중 1기에서 비행 데이터 기록 이상이 발생해 현재 원인 조사를 진행하고 있다. 버지니아 대학교와 텍사스 대학교 오스틴 연구진은 회수된 웨이퍼 샘플을 넘겨받아 독립 소재 분석을 이어가고 있으며 향후 세부 결과를 도출할 예정이다.

베스엑서는 스페이스X와 맺은 11회 추가 계약 비행을 바탕으로 3단계 상용화 로드맵을 밟는다. 연내 2차 비행을 포함한 12회 준궤도 시험으로 기판 가열과 균일 박막 증착을 다지는 크롤 단계를 거친다. 이후 궤도 자율 비행체인 팹십을 가동해 고수율 GaN 웨이퍼를 지상으로 출하하는 워크·런 단계로 전환한다. 회사는 향후 5년에서 10년 안에 질화알루미늄(AlN)과 다이아몬드 소재로 제조 영역을 넓힐 계획이다.
회사는 이번 비행에 앞서 던틀리스 벤처스가 주도한 시드 라운드에서 1030만 달러(약 138억 3599만 원)를 조달했다. 총 조달액은 1470만 달러(약 197억 4651만 원)에 달한다. 필리피신 CEO는 9개월 만에 우주 제조 하드웨어 역량을 증명했다며 외부 우주 수송망 위에 자체 제조 모듈을 얹는 방식으로 지상 팹의 막대한 고정비를 덜어내겠다고 설명했다.


지상 반도체 제조 시설은 미세 입자 오염을 막기 위해 팹당 수억 달러 규모의 클린룸 설비투자를 집행한다. 전력반도체 전공정은 기판 결함과 공기 중 불순물 탓에 수율 확보가 까다로워 대규모 청정 설비 감가상각비가 원가 상승을 부추긴다. 우주 진공을 천연 청정실로 전환하면 고정비 비중을 낮춰 공정 경제성을 개선할 여지가 생긴다.

한국 산업 생태계에서는 질화갈륨 파운드리 전환을 모색하는 시스템 반도체 기업과 고온 공정용 소부장 공급망이 직접 영향권에 든다. 우주 궤도에서 합성된 고순도 기판이 상업 공급될 경우 한국 전력반도체 패키징과 테스트 공정의 가동률과 수주 제품군이 고내열 소재 위주로 이동할 수 있다.

다만 우주 운송 단가가 지상 감가상각비보다 높은 수준을 지속하거나 대기권 재진입 과정의 충격으로 기판 손실이 발생하면 경제성 확보가 지연된다. 글로벌 첨단 우주 화물 규제와 재진입 안전 인허가 장벽도 상용 출하 시점을 늦추는 변수다.

베스엑서는 연내 예정된 2차 비행에서 데이터 기록 오류를 보완하고 열 제어와 균일 박막 형성 기술을 단계별로 검증할 방침이다. 초청정 우주 진공이 실제 기판 양산 단가를 낮추는 공정 전환점으로 안착할 수 있을지 후속 11회 시험 비행에서 도출될 기술 데이터 확보 여부가 시장과 투자자들의 관심사다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com