[K제조업 AI파워업] HBM 경쟁 격화…첨단 증착장비로 수율 '업'

원익IPS R&D센터 가보니

반도체 증착 장비 기술 기업

원자 두께 박막 표면처리 등

첨단기술로 핵심 공급망 꿰차

직원 중 52%가 연구개발직

매출액 18%를 R&D에 투자

"고객사 애로점 선제적 파악"

연구원이 증착 설비에 웨이퍼를 넣는 모습.

최근 찾은 경기 평택시 진위면 원익IPS 연구개발(R&D) 센터. 이 센터의 심장부인 지상 2층 연구용 펩(제조시설)에는 현재 고도화 중인 원자층 증착(ALD) 장비와 화학기상 증착(CVD) 28대가 일정한 간격을 두고 배치돼 있었다. 이 중 '25번'이 붙은 장비는 '미러 설비'로, 실제 국내 대기업에 투입된 제품과 동일한 조건을 재현해 고객사 요청에 맞춘 고도화 연구와 검증이 진행되고 있었다.

증착이란 웨이퍼 위에 얇은 막을 형성해 회로 재료를 쌓는 공정으로, 트랜지스터와 배선의 기본 구조를 형성하는 핵심 공정이다. ALD란 말 그대로 원자 정도의 두께로 박막층을 한 층, 한 층 형성해 표면을 처리하는 공법이고, CVD는 기체 상태 물질을 화학 반응시켜 웨이퍼 위에 얇은 박막을 형성하는 공법이다.

연구용 펩에서는 지상 3층에 있는 계측기를 통해 각 장비로 증착한 웨이퍼의 두께, 결합 상태, 파티클(미세입자) 등을 수시로 측정한다. 이 R&D센터에서는 48대의 증착 장비가 개발·고도화되고 있는데, 장비 한 대당 3명 이상의 연구 인력이 투입된다.

지상 4층에는 부품 제작용 대형 3D프린터가 연구실 한 공간을 차지하고 있었다. 설계 도면을 입력하면 스테인리스강과 알루미늄 소재 부품을 즉시 제작할 수 있다. 이는 단순한 개발 편의성을 넘어 핵심 부품 기술의 내재화를 위한 시도다.

원익IPS는 반도체용 증착 장비, 디스플레이 제조 장비, 태양광 전지 셀 장비를 생산하는 장비 기업이다. 반도체 부문에서는 ALD·CVD부터 열처리 장비 등의 포트폴리오를 갖췄다. 주력 제품인 '제미니'는 ALD·CVD 두 가지 종류를 모두 갖추고 있으며 국내외 반도체 종합기업(IDM)에 공급되고 있다. 반도체 공정별로 쓰이는 옥사이드 계열 증착, 메탈 증착, 하이-케이 증착 등으로 제품군을 확장 중인데 3개 박막군 모두를 다룰 수 있는 기술은 독보적으로 평가된다.

원익IPS의 주요 고객은 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 글로벌 IDM이다. 지난해부터 시작된 반도체 슈퍼사이클을 타고 매출액은 회복세를 보이고 있다. 2021년 1조2323억원에 달했던 매출액은 반도체 경기가 꺾였던 2023년 6903억원으로 감소했다. 그러나 인공지능(AI) 붐으로 전 세계 메모리 수요가 폭증하는 가운데 IDM들이 설비 확충에 나서자 상황이 반전됐다. 지난해 매출은 9098억원으로 전년 대비 21.6% 증가했다.

고대역폭메모리(HBM) 등 차세대 메모리 경쟁이 격화하면서 장비 회사 역할은 더욱 중요해지고 있다. 미세공정이 2나노 수준까지 진입한 현재는 파티클, 막 균일도 등 미세 변수 하나가 수율을 좌우한다. 파티클 하나로도 박막의 균일성이 파괴되는 등 물리적 결함과 직결되기 때문이다.

이에 따라 고밀도 플라스마 제어와 저온 증착 기술 확보가 핵심 과제로 부상하고 있다. 고밀도 플라스마 제어는 증착 과정에서 반응성을 높이기 위해, 저온 증착 기술은 소자·재료의 손상을 최소화하기 위한 기술이다.

원익IPS는 R&D에 자원을 집중 투입하고 있다. 전체 임직원 1476명 중 52%가 R&D 인력이고, 지난해에는 매출액의 18.4%인 1674억원을 R&D에 투입했다. 그 결과 지난해 말 초고주파 플라스마 CVD 기반의 차세대 수직형 낸드플래시(V-NAND)용 실리콘 산화·질화막 적층 장비를 개발 완료했고, 현재는 웨이퍼 수율 향상을 위한 3D프린팅 기반 가스 주입기 등을 개발하고 있다. 실리콘 산화·질화막은 반도체 제작에 있어 다양한 공정에 쓰이는데, 이 기술은 반도체 산업 성장에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 지난해 말 기준 등록 특허는 1081건에 달한다.

이 같은 R&D 체계는 단순한 장비 성능 개선을 넘어 차세대 공정 선점을 위한 '선행 설계 역량' 확보에 초점이 맞춰져 있다. 원익IPS 관계자는 "고객사가 앞으로 직면할 공정 문제를 미리 예측하고 선제적으로 솔루션을 제시하는 방향으로 R&D 전략을 전환하고 있다"고 말했다. 그는 "주요 고객사가 공정 난제에 직면하면 아직은 어플라이드머티어리얼즈나 램리서치 등 글로벌 기업을 먼저 찾는 경우가 많다"며 "국내 고객사의 만족도를 높여 '믿을 수 있는 장기 파트너'로 자리매김한 뒤 글로벌 시장 진출을 본격화할 계획"이라고 밝혔다.