삼성전자·SK하이닉스 증착 공정 ALD 비중 늘자 주성엔지니어링 '방긋' - 시사저널e

핵심 레이어 ALD 비중 크게 늘며 CVD와 8대 2까지 벌어져 주성엔지니어링 ALD 수주 늘 듯···ALG 신기술로 공급처 확대 원익IPS도 ALD로 비중 확대···선단 D램·낸드 공략 [시사저널e=고명훈 기자] 삼성전자·SK하이닉스 등 반도체 선단 공정에서 칩의 두께와 균일도를 원자층 단위로 제어할 수 있는 원자층증착(ALD) 적용 레이어가 늘고 있다. 이에 따라 국내 주요 전공정 장비업체들도 원자층 제어 기술로 무게 중심을 이동하며 장비 포트폴리오 강화에 속도를 내는 것으로 파악된다. 주성엔지니어링은 ALD를 넘어 원자층성장(ALG) 기술 개발을 통해 공급처를 확대해나간단 계획이며, ALD 후발주자인 원익IPS는 메모리향 증착 장비 라인업을 기존 화학적 기상증착(CVD) 중심에서 ALD 비중을 더 키우는 방향으로 사업 확대에 집중하고 있다. 14일 반도체업계에 따르면 현재 삼성전자·SK하이닉스 등 주요 반도체 제조사의 핵심 레이어 증착 공정에서 ALD 비중이 크게 늘며 CVD와의 비중이 8대 2 수준까지 벌어진 것으로 파악된다. 기존엔 CVD 비중이 더 컸지만, D램·낸드플래시 등 메모리 기술이 평면 구조에서 수직 적층 구조로 발전함에 따라 원자층 단위로 증착할 수 있는 ALD가 주력 증착 방식으로 자리 잡게 됐다. 시장조사업체 글로벌마켓인사이츠에 따르면 전세계 ALD 장비 시장은 2025년 기준 47억달러(약 6조 9000억원)에서 2026년 52억달러(약 7조 6000억원), 2035년엔 132억달러(약 19조 5000억원)까지 연평균 10.9% 성장할 것으로 예상된다. 반도체업계 관계자는 “예전 공정은 비교적 평면적인 구조가 많아서 CVD나 물리적 기상증착(PVD)처럼 빠르게 많이 깔아주는 증착이 유리한 경우가 많았는데 최근엔 선단 공정으로 갈수록 트랜지스터와 배선 구조가 3차원화되고, 메모리도 금속층을 포함해 다층으로 적층된 구조가 크게 늘었다”며, “이런 구조에서는 위쪽만 두껍게 쌓이고 아래쪽은 비거나 얇아지면 바로 누설이나 수율 저하로 이어질 수 있기 때문에 위와 옆, 아래를 거의 같은 수준의 두께로 덮을 수 있는 ALD의 필요성이 더 커졌다”고 설명했다. 이에 따라 원익IPS·주성엔지니어링 등 전공정 장비업체들도 ALD 중심으로 장비 포트폴리오를 확대하며 주요 제조사 공급망을 타진한단 계획이다. 기존 ALD 장비를 주력 사업으로 해오던 주성엔지니어링이 SK하이닉스를 주요 거래선으로 유리한 위치를 선점하고 있으며, 삼성전자 매출 비중이 높은 원익IPS도 ALD 비중을 확대하며 수요에 대응한단 방침이다. 원익IPS는 플라즈마 기술 기반의 PECVD와 금속 메탈 CVD가 주력 사업인 회사로, 최근 AI 반도체 수요 증가에 대응해 ALD 장비 사업을 적극 확대 중이다. 지난 2024년 4분기 차세대 메모리용 신규 ALD 장비와 프리커서(전구체) 개발을 완료했으며, 현재 삼성전자와 SK하이닉스의 D램, 3D 낸드 생산라인에 관련 장비를 공급 중이다. 프리커서는 반도체 공정에서 얇은 막(박막)을 입히는 증착 공정의 핵심 원료로 사용된다. 안태혁 원익IPS 대표는 “ALD는 반도체가 미세화되면서 원자층 단위로 식각·증착·세정을 모두 하는 통일 레이어 기술이 됐다고 보면 될 것”이라며, “(원익IPS도) ALD 비중을 당연히 늘리고 있다”고 말했다. 그러면서 “반도체가 앞으로 계속 버티컬(3차원 수직 구조)로 가면서 두께가 옹스트롬(0.1나노)까지 작아질 텐데, 원자라는 말 자체가 더는 생소하지 않게 됐다”고 부연했다. 주성엔지니어링은 기존에도 ALD 장비에 주력해온 회사로, 현재 SK하이닉스와 중국 반도체 제조사를 주요 거래선으로 두고 있다. 북미 시장으로도 공급처 확대에 나서고 있다. SK하이닉스의 경우 현재 이천 M16 팹의 기존 10나노급 4세대(1a) D램 라인을 선단공정으로 전환해 월 생산량 11만장 규모의 6세대(1c) D램 라인을 구축하는 투자 계획을 추진 중이어서 올해 ALD 장비 수주 또한 확대될 것으로 예상된다. 향후엔 자체 개발한 원자층성장(ALG) 기술로 시장을 확대한단 계획이다. ALG는 주기율표 3족(갈륨·인듐)·5족(질소·비소·인) 화합물을 얼음 알갱이를 얼리듯 작은 결정으로 성장시켜 고성능 회로를 구현하는 기술이다. 주성엔지니어링은 이를 통해 400도 이하 저온에서 고성능 박막을 구현할 수 있다고 설명했다. 현재 삼성전자를 포함해 국내 양대 메모리 제조사와 기술 공급 논의를 진행 중인 것으로 전해진다. 주성엔지니어링 관계자는 “이제부터 적용되는 장비들은 모두 ALG가 적용될 것”이라며, “현재 메모리 등 고객사들과 진행 중인 것들이 있으며, 반도체뿐 아니라 태양광에서도 차세대 친환경 광전 소자 신소재인 페로브스카이트와 같은 곳에선 ALG 기술이 꼭 필요하다”고 말했다. 또 다른 반도체업계 관계자는 “ALG라는 용어는 글로벌 표준은 아니고, 주성엔지니어링에서 만든 건데, ALD와 기본적으로 같은 원자층 제어 기술의 연장선상에 있다”며, “표면에 흡착된 물질의 에너지 유지 상태와 반응 방식에 따라 박막 증착 중심의 공정이 될지, 결정 성장 중심의 공정이 될지가 달라지는 것”이라고 설명했다. 삼성전자와 SK하이닉스의 1c나노 캐파 투자 확대로 작년에 이어 올해도 ALD 등 전공정 장비 투자 규모는 가파르게 성장할 것으로 전망된다. 글로벌 반도체 산업협회 SEMI에 따르면 지난해 글로벌 전공정 반도체 장비 시장은 AI 관련 수요와 지속적인 노드 및 기술 전환에 힘입어 웨이퍼 가공 장비 매출은 12% 증가했으며, 기타 전공정 부문도 13% 늘었다.