상품 기본정보

상품명: 석영 도가니(Quartz Glass Crucible)

<석영 도가니(Quartz Glass Crucible)>

[자료: 신에츠석영 주식회사(ShinEtsu QUARTZ)]

   [자료: 관세법령정보포털]

석영도가니는 반도체의 원판인 실리콘 웨이퍼 생산을 위해 사용되는 용기 형태의 내화물로, 1500℃에서 실리콘을 녹이는 역할을 한다. 실리콘을 석영도가니 안에 넣고 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액으로 만든 후, 이것을 균일한 둥근 막대 모양의 단결정*으로 식힌다. 여기서 성장된 단결정을 ‘실리콘 잉곳(ingot)’이라고 하며, 이것을 균일한 두께로 절단하면 실리콘 웨이퍼가 된다. 석영 도가니 없이는 웨이퍼 생산 자체가 불가하기 때문에 반도체 제조 공정에 있어서 절대 빠질 수 없는 핵심 소재 중 하나다. 석영도가니는 현재 국내에서 생산이 이루어지지 않고 수입에 의존하고 있으며, 특히 대일 의존도가 일본 제품이 99% 이상으로 거의 전량 일본 수입에 의존하고 있다(2022년 1~10월 관세청 수출입통계 기준)

    주*: 단결정(單結晶): 덩어리 전체의 원자가 규칙적으로 배열해 하나의 결정을 이룬 것. 보통의 반도체나 금속은 미세한 단결정이 모여서 이루어진 다결정이지만, 트랜지스터 등을 만드는 반도체는 단결정이어야 한다. 

<석영도가니를 활용한 실리콘잉곳 제조공정>

[자료: M.Setek 주식회사]

석영도가니를 사용해 실리콘 잉곳을 만드는 과정

  ➊ 고순도 폴리실리콘(poly silicon)을 잘게 분쇄한다.

  ➋ 잘게 부순 폴리실리콘을 석영도가니(Quartz crucible)에 넣는다. 

  ➌ 잉곳 용광로(ingot furnace)를 약 1500℃로 세팅 후 가열해서 석영도가니 안의 실리콘을 녹인다. 

  ➍ 용해된 실리콘에 종결정(seed crystal)*막대기를 넣는다.   

  ➎ 종결정 막대기를 따라서 단결정 실리콘을 들어 올린다.

  ➏ 약 40시간 정도 들여서 천천히 들어 올린다.

  ➐ 종결정 부분을 분리하면 막대 모양의 단결정 실리콘잉곳이 완성된다. 

    · 종결정(種結晶, seed crystal): 단결정(單結晶)을 성장시킬 때 육성할 결정의 방위(方位)를 정하기 위해 이용되는 막대기 모양의 결정

석영도가니 시장 동향

미국의 시장조사기관 Xcellent Insights의 조사에 따르면, 석영도가니 세계시장은 2021년에 약 2억9532만 달러로 추산된다. 최근 전 세계적으로 데이터 기반 산업의 성장이 가속화되면서 고성능 반도체를 중심으로 한 반도체 산업도 확대되면서 석영도가니 시장도 안정적인 성장세를 보일 것으로 전망된다. Xcellent Insights에 따르면, 글로벌 석영도가니 시장은 2021년부터 2027년까지 연평균 성장률(CAGR) 3.11%로 성장해 2027년에 약 3억5489만 달러 규모에 이를 것으로 전망된다. 석영도가니를 제조하는 주요 기업으로는 일본의 신에츠석영, JSQ(SUMCO 자회사), 미국의 Momentive 등이 있다. 전 세계 반도체용 석영도가니 시장의 90% 이상을 일본 기업(신에츠석영, SUMCO(JSQ) 등)에서 공급하고 있으며, 독보적인 기술을 보유하고 있다.

<석영도가니 세계시장 규모>

(단위: US$ 백만)

 [자료: Xcellent Insights 보고서 토대로 KOTRA 도쿄 무역관 작성]

주요 기업

일본의 석영도가니 주요 제조사로는 신에츠석영(Shin-Etsu Quartz), JSQ(SUMCO) 등이 있으며 석영 유리 제품 주요 제조사로는 토소쿼츠(TOSOH QUARTZ), 쿠어스텍(Coorstek) 등이 있다. 또한 석영도가니의 핵심 원료인 합성 석영 파우더는 미쓰비시 케미컬에서 제조해 독점 공급하고 있다. 석영도가니를 일본 국내에 유통하는 전문 상사로 미쓰비시 머티리얼 트레이딩(Mitsubishi Materials Trading)등이 있다. 주요 기업 개요는 다음과 같다. 

[1] 석영 도가니 제조사

[2] 석영 유리 제품 제조사

[3] 석영도가니 원재료(석영파우더) 제조사 

[4] 유통·상사

유통 구조

반도체 산업의 주요 서플라이 체인은 원자재(폴리실리콘, 석영파우더 등)→반도체 소재(석영도가니, 블랭크마스크 등)→웨이퍼/잉곳→반도체 칩으로 이루어지며 글로벌 반도체 서플라이 체인에서 석영도가니 시장은 일본 기업이 약 90% 이상을 차지하고 있다. 신에츠석영, JSQ 등 석영도가니 제조사가 미쓰비시케미컬 등 원자재 제조사로부터 석영 파우더를 들여온 후 석영도가니를 생산한다. 완성된 석영도가니를 반도체 웨이퍼 제조사에게 직접 판매하거나 중간에 전문 상사를 경유해 공급하기도 한다. 

<석영도가니 유통구조>

주:  석영도가니 제조사에서 전문 상사를 경유해 웨이퍼 제조사에게 유통되는 경우도 있음.

[자료: KOTRA 도쿄 무역관 작성]

대일본 수입 동향(대한국 수출동향)

관세청 통계에 따르면 2021년 한국의 석영 도가니(HS Code: 7020.00.1012) 전체 수입액은 약 4693만 달러이며, 이중 대일본 수입액은 4618만 달러로 전체의 약 98.4%에 해당한다. 최근 4년간 한국의 대일본 석영 도가니 수입 동향을 살펴보면, 2018년부터 2021년까지 연평균 성장률(CAGR) 12.8%로 지속적으로 증가해왔다. 2017년 이후 세계적인 디지털 수요 급증으로 반도체 산업이 호황을 맞이하며 반도체용 석영도가니 수요가 꾸준히 늘어난 것으로 분석된다. 

대일본 수입 추이를 연도별로 살펴보면, 2018년은 전년대비 +18.4%, 2019년 전년대비 +17.5%로 높은 증가세를 이어갔으나 2019년 일본 정부의 수출규제 시행의 여파로 2020년은 전년대비 +7.6%로 증가폭이 다소 감소했다. 그러나 2021년 다시 전년대비 13.5% 증가하며 수출 증가폭이 다시 10%대로 올라갔다. 최근 4년간 전체 석영도가니 수입액에서 일본이 차지하는 비중은 98~99%대 수준을 유지하고 있어 거의 전량 일본에 수입을 의존하고 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 2022년 1~10월까지의 대일본 수입액은 3877만 달러로 전년 동기 대비 약 1.2% 증가, 대일 수입 비중은 99.2%로 전년 동기 대비 0.4%p 상승했다.

<최근 4년간 한국의 석영도가니 대일본 수입 동향 (2018~2022.10)>

(단위: US$ 천, %)

<한국의 석영도가니 대일본 수입액 및 수입비중 추이(2018~2022.10.)>

(단위: US$ 천, %)

[자료: 관세청 품목별 국가별 수출입통계 토대로 KOTRA 도쿄 무역관 작성]

대일본 수입가격 동향

최근 4년간 대일본 수입액을 수입량으로 나눈 평균 수입가격 추이를 살펴보면, 2018년 톤당 5만5061달러에서 2021년 5만8493달러로 약 6.2% 상승했다. 2010년대 후반 이후 급격한 스마트폰 보급 및 데이터센터 수요 증가와 더불어 2020년 코로나19에 따른 세계적인 디지털 전환(DX) 가속화로 반도체 수요가 크게 늘어난 것이 수입가격 상승에 영향을 미친 것으로 보인다. 한편 최근 2022년 1월~10월 누계 대일본 평균 수입가격은 5만4799달러로 전년동기(5만8644달러) 대비 6.6% 소폭 하락했다. 이는 최근 글로벌 경기 침체 우려에 따라 경기에 민감한 메모리 반도체를 중심으로 반도체 수요가 다소 둔화되고 있는 것이 주요인으로 분석된다.

<최근 4년간 대일본 수입가격 동향>

(단위: US$ 천/톤)

[자료: 관세청 품목별 국가별 수출입통계 토대로 KOTRA 도쿄 무역관 작성]

시사점

석영도가니는 반도체의 원판인 실리콘 웨이퍼를 만들기 위해 반드시 필요한 핵심 소재로, 대일 수입 의존도가 무려 99.2%에 달하는 품목이다(2022년 10월 기준). 2019년 일본의 수출규제 이후 국산화 필요성이 커지면서 국내 기업들도 반도체용 석영도가니 연구 개발에 박차를 가해왔다. 그러나 아직 상용화에 성공한 기업은 없으며 일본으로부터의 수입 단절 시 웨이퍼 제조 공정 진행이 어려운 상황이다. 따라서 석영도가니 주요 공급사와의 긴밀한 협력 관계 구축을 통해 선제적 재고 확보에 나서는 등 향후 공급망 리스크에 선제적으로 대응해나갈 필요가 있다. 이와 더불어 안정적인 반도체 공급망 구축을 위해 국가 차원에서 석영도가니 등 반도체 핵심 소재 국산화를 위한 연구개발 및 상용화를 위한 장기적 관점의 정책 지원이 필요할 것으로 보인다. 

자료: 관세법령정보포털, 관세청 수출입통계, Xcellent Insights, M.Setek, 한국세라믹기술원, 엔지니어링세라믹센터, 각 사 홈페이지 및 KOTRA 도쿄 무역관 자료 종합