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400단 쌓는 삼성·SK, 핵심 본딩 기술·특허는 中에 의존

차세대 낸드 시장에서 삼성전자·SK하이닉스의 주도권이 흔들릴 수 있다는 우려가 제기된다. 400단 이상 적층에 필요한 '하이브리드 본딩' 기술을 중국 YMTC가 선점하고 있어서다. YMTC는 관련 기술을 지속적으로 고도화해, 최근 270단대의 고적층 낸드를 상용화하기도 했다. 반면 국내 기업들은 후발주자로서 여러 내홍을 겪을 가능성이 있다. 우선 신규 기술 적용에 따른 공정전환 및 설비투자가 필요하며, 초기 도입에 따른 수율 안정화도 이뤄내야 한다. YMTC 등이 구축해 놓은 특허 역시 문제다. 실제로 삼성전자의 경우 YMTC와 하이브리드 본딩에 대한 라이센스 계약을 체결한 것으로 파악됐다. V10(10세대) 이상의 낸드부터 YMTC 특허의 영향을 피해갈 수 없게 되면서, 차세대 낸드 사업의 불확실성이 커졌다는 평가다. 24일 업계에 따르면 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 주요 메모리 기업들은 400단 이상의 차세대 낸드에 하이브리드 본딩 기술을 적용할 계획이다. ■ 中, 매출 규모는 작지만 '하이브리드 본딩' 낸드에 선제 적용 낸드는 세대를 거듭할수록 셀(Cell; 데이터를 저장하는 단위)을 수직으로 더 높이 쌓는다. 국내 기업들은 300단대 낸드까지는 한 개의 웨이퍼에 셀을 구동하는 회로인 '페리페럴'을 두고, 그 위에 셀을 쌓는 방식을 채택해 왔다. 삼성전자는 이를 COP(셀온페리), SK하이닉스는 페리언더셀(PUC)라고 부른다. 다만 낸드가 400단 이상까지 높아지게 되면 하단부 페리에 가해지는 압력이 심해져 손상이 올 수 있다. 이에 국내 기업들은 셀과 페리를 각각 다른 웨이퍼에서 제조한 뒤, 하나로 합치는 W2W(웨이퍼-투-웨이퍼) 하이브리드 본딩을 채택하기로 했다. 이에 비해 중국 YMTC는 'Xtaking(엑스태킹)'이라는 이름으로 하이브리드 본딩 기술을 약 4년 전부터 선제적으로 양산 적용하고 있다. YMTC는 중국 최대 낸드 제조기업이다. 전 세계 낸드 시장에서 매출 기준으로 5위권 밖에 있으나, 최근 기술적으로 상당한 진보를 거뒀다는 평가를 받고 있다. 지난달 반도체 분석 전문기관 테크인사이츠가 발간한 보고서에 따르면 YMTC는 올해 초 2yy(270단대 추정) 3D TLC(트리플레벨셀) 낸드 상용화에 성공했다. 테크인사이츠는 "YMTC의 2yy 낸드는 당사가 시장에서 발견한 낸드 중 가장 높은 단수의 제품"이라며 "가장 중요한 사실은 해당 낸드가 업계 최초로 비트 밀도를 20Gb/mm2 이상으로 높였다는 것"이라고 설명했다. ■ 삼성·SK, 하이브리드 본딩 초기 도입 시 투자비용·수율 등 열세 YMTC가 이번에 적용한 엑스태킹은 4세대인 '4.x' 버전에 해당한다. YMTC는 이전부터 엑스태킹 기술을 활용해 160단, 192단, 232단 등의 제품을 양산한 바 있다. 그만큼 하이브리드 본딩에 대한 기술 안정화를 이뤄냈다는 평가가 나온다. 최정동 테크인사이츠 박사는 최근 기자와의 서면 인터뷰에서 "YMTC가 16단, 232단보다 더 많은 층을 빠른 시일 내에 구현했다는 게 놀랍다"며 "미국의 규제로 신규 장비 도입이 어려운 상황에서도 식각 및 ALD(원자층증착) 공정, 워피지(웨이퍼가 휘는 현상) 방지 공정 등에서 모두 최적화를 잘 한 것으로 보인다"고 평가했다. 이러한 측면에서, 국내 기업들은 첫 하이브리드 본딩 적용에 따른 여러 과제를 해결해야 할 것으로 관측된다. 특히 삼성전자는 이르면 올 연말부터 V10(430단대 추정) 낸드 양산을 목표로 하고 있어 보다 분주한 대응이 필요하다. 최정동 박사는 "삼성전자는 V10부터 셀을 3번 나눠 쌓는 트리플스택을 적용하고, 총 2장의 웨이퍼를 활용하는 하이브리드 본딩을 사용한다"며 "공정전환과 신규설비 투자 등 변경점이 많기 때문에 오랫동안 하이브리드 본딩을 적용해 온 YMTC 대비 제조비용이 훨씬 높을 수밖에 없다"고 설명했다. ■ 차세대 낸드부터 YMTC 특허 도입 불가피 특허 역시 진입장벽으로 거론된다. 하이브리드 본딩과 관련한 전반적인 기술 특허는 엑스페리(Xperi)와 YMTC, TSMC 3사가 대부분을 차지하고 있다. YMTC도 엑스페리로부터 하이브리드 본딩과 관련한 라이센스 계약을 체결했으며, 이후 낸드와 관련한 자체 특허를 적극 구축한 것으로 알려졌다. 삼성전자가 YMTC와 하이브리드 본딩과 관련한 라이센스 계약을 체결한 이유도 기술적으로 YMTC의 특허 회피가 어렵고, 분쟁 발생 시 최첨단 낸드 사업에 큰 타격이 발생할 수 있다는 우려에서다. 다만 삼성전자가 V10 이후 차세대 낸드부터 어떻게 기술개발 방향성을 설정할지, 또 라이센스에 필요한 비용, 엑스페리 등과의 특허 영향 등이 사업 진행의 주요 변수로 작용할 전망이다.

2025.02.24 14:04장경윤 기자

[단독] 삼성전자, V10 낸드부터 中 YMTC 특허 쓴다

삼성전자가 V10(10세대)부터 새롭게 채용되는 첨단 패키징 기술인 '하이브리드 본딩'의 특허를 중국 낸드 제조업체 YMTC로부터 대여해 사용하기로 한 것으로 확인됐다. 삼성전자 입장에서 차세대 낸드 개발의 '핵심 난제'를 풀었지만, 향후 타사 특허 도입에 따른 수율 안정성 등 경쟁력 회복 등이 과제로 떠오른다. YMTC는 3D 낸드에 하이브리드 본딩을 처음 적용한 기업이다. 덕분에 관련 기술에서 탄탄한 특허를 구축했다는 평가를 받고 있다. 이에 삼성전자는 무리하게 특허를 회피하기 보다는, 원만한 합의로 향후 있을 리스크를 제거하는 전략을 채택한 것으로 풀이된다. 24일 지디넷코리아 취재를 종합하면 삼성전자는 최근 YMTC와 3D 낸드용 하이브리드 본딩 특허권에 대한 라이센스 계약을 맺었다. 삼성전자, V10 낸드에 하이브리드 본딩 첫 적용 V10은 삼성전자가 이르면 올 하반기 양산을 목표로 한 차세대 낸드다. 낸드는 세대를 거듭할 수록 '셀(Cell; 데이터를 저장하는 단위)'을 수직으로 더 높이 쌓는다. V10은 420~430단대로 추정된다. 삼성전자 V10 낸드에는 여러 신기술이 도입된다. 그 중에서도 W2W(웨이퍼-투-웨이퍼) 하이브리드 본딩의 중요도가 높다. W2W 하이브리드 본딩이란 웨이퍼와 웨이퍼를 직접 붙이는 패키징 기술이다. 하이브리드 본딩은 기존 칩 연결에 필요한 범프(Bump)를 생략해 전기 경로를 짧게 만들고, 이로 인해 성능과 방열 특성 등을 높일 수 있다. 특히 칩이 아닌 웨이퍼를 통째로 붙이는 W2W는 생산성 향상에도 유리하다. 기존 삼성전자는 한 개의 웨이퍼에 셀을 구동하는 회로인 '페리페럴'을 두고, 그 위에 셀을 쌓는 방식을 활용해 왔다. 이를 COP(셀온페리)라고 부른다. 다만 낸드가 400단 이상까지 높아지게 되면, 하단부 페리에 가해지는 압력이 심해져 낸드의 신뢰성이 떨어진다. 때문에 삼성전자는 V10 낸드에 셀과 페리를 각각 다른 웨이퍼에서 제조한 뒤 하나로 합치는 하이브리드 본딩을 채택하기로 했다. YMTC 등 특허 공고…회피 대신 '라이선스 계약' 다만 이러한 계획에는 기존 해외 기업들이 보유한 특허가 주요 변수로 작용해 왔다. 3D 낸드용 하이브리드 본딩 기술은 중국 최대 낸드 제조업체 YMTC가 약 4년 전부터 선제적으로 적용한 바 있다. YMTC에서는 여기에 'Xtacking(엑스태킹)'이라는 이름을 붙였다. YMTC 역시 사업 초기 미국 테크기업 엑스페리(Xperi)로부터 하이브리드 본딩과 관련한 원천 특허를 라이센스 계약을 통해 취득했었다. 이후에는 낸드용 접합과 관련한 자체 특허를 상당 부분 구축했다는 평가를 받고 있다. 이에 삼성전자는 YMTC와 하이브리드 본딩 특허와 관련한 라이선스 계약을 체결했다. 특허 회피 대신 원만한 합의로 향후 있을 리스크를 줄이고, 기술 개발 속도를 앞당기기 위한 전략으로 풀이된다. 다만 엑스페리 등 타 기업과도 특허 논의를 진행했는 지에 대한 여부는 확인되지 않았다. 사안에 정통한 복수의 관계자는 "하이브리드 본딩과 관련한 기술 특허 전반은 엑스페리와 YMTC, 대만 파운드리 TSMC 3사가 사실상 대부분을 보유하고 있다고 봐도 될 정도"라며 "삼성전자 역시 V10, V11, V12 등 차세대 낸드 개발서 YMTC의 특허를 피하는 게 사실상 불가능하다는 판단 하에 라이센스 계약을 체결한 것으로 안다"고 밝혔다. 한편 SK하이닉스도 YMTC와 특허 계약을 체결할 가능성이 점쳐진다. 앞서 김춘환 SK하이닉스 부사장은 지난해 2월 '세미콘 코리아 2024' 기조연설에서 "400단급 낸드 제품에서 하이브리드 본딩 기술로 경제성 및 양산성을 높인 차세대 플랫폼을 개발하고 있다"고 밝힌 바 있다.

2025.02.24 13:54장경윤 기자

"습도 제어로 반도체 수율 향상"…저스템, 고객사·제품군 확대 박차

저스템이 반도체 수율 향상에 기여하는 습도 제어 시스템으로 회사 성장을 가속화한다. 현재 미국 고객사와 1세대 제품 공급을 위한 평가를 진행 중이며, 최근 출시한 2세대 제품도 국내 고객사의 첨단 메모리 전환 추세에 맞춰 공급량을 본격 확대할 계획이다. 임영진 저스템 대표는 최근 서울 강남 모처에서 기자들과 만나 회사의 올해 핵심 사업 전략에 대해 이같이 밝혔다. 습도 제어로 반도체 수율 향상…미국 고객사 확보 목전 저스템은 지난 2016년 설립된 반도체·디스플레이 장비업체다. 삼성전자, 주성엔지니어링 등에서 기술력을 쌓은 임 대표가 설립했다. 질소(N2)를 통한 공정 내 습도제어가 회사의 핵심 기술로 꼽힌다. 반도체의 주 소재인 웨이퍼는 공정 내에서 용기(풉; POUP)에 담겨 진공·대기 환경을 오간다. 그런데 대기 환경에서 습도가 너무 높을 경우, 웨이퍼에 잔존한 가스 물질이 습도와 반응해 부식 반응을 일으킬 수 있다. 이는 반도체 수율 저하로 직결된다. 때문에 선폭 20나노미터(nm) 이하의 미세 공정에서는 습도 제어의 필요성이 높아진다. 저스템은 질소를 기반으로 습도를 45%에서 5% 이하로 감소시키는 기술을 국내 최초로 개발해, 모듈 형식으로 반도체 소자업체에 공급해 왔다. 1세대 제품은 국내를 비롯해 대만, 일본, 싱가포르 등 해외 시장에도 상용화됐다. 임 대표는 "저스템의 습도 제어 시스템을 도입하면 생산성이 약 2% 정도 향상되고, 이를 금액적으로 환산하면 1기 팹에서 연간 1천억원 정도의 이득이 있다"며 "이에 주요 IDM(종합반도체기업) 3개사가 저스템 시스템을 채용 중으로, 시장 점유율은 85~90% 수준"이라고 설명했다. 미국 주요 메모리 기업과의 협업도 기대된다. 현재 해당 기업에 모듈을 공급해 퀄(품질) 테스트를 진행 중으로, 올해 상반기 양산 공급을 확정짓는 것이 목표다. 2·3세대 모듈로 성장 본격화…하이브리드 본딩 시대도 준비 나아가 저스템은 지난해 양산을 시작한 2세대 제품 'JFS'의 시장 확대를 추진 중이다. JFS는 습도를 최대 1%까지 낮출 수 있어 10나노급 반도체에 대응할 수 있다. 특히 국내 주요 고객사가 1b(5세대 10나노급) 등 최선단 D램 전환을 가속화하고 있어, 수요가 크게 늘어날 것이라는 게 저스템의 시각이다. 임 대표는 "JFS는 지난해에만 600개를 출하했고, 국내 주요 고객사 중 한 곳에도 실장됐다. 1세대가 6천개가량 도입된 걸 감안하면 2세대도 최소 그 이상의 성장 잠재력이 있다"며 "다른 한 곳도 실장 협의가 끝나 올해 상반기 중으로 본격적인 도입이 가능할 전망"이라고 밝혔다. 오는 19일부터 개최되는 '세미콘 코리아 2025'에서는 3세대 제품도 공개한다. 3세대는 이전 세대 대비 습도 제어 범위를 넓혀, 풉의 뚜껑을 열어도 웨이퍼 주변의 습도를 1%로 유지할 수 있도록 하는 것이 특징이다. 임 대표는 "3세대 제품은 내부 개발이 끝나, 일부 고객사 평가를 준비하고 있다"며 "이르면 내년 하반기나 내후년부터 본격적으로 시장에 공급될 것"이라고 강조했다. 한편 저스템은 차세대 HBM(고대역폭메모리)에 적용될 하이브리드 본딩 관련 장비도 준비하고 있다. 하이브리드 본딩은 칩과 칩을 직접 연결하는 첨단 패키징 기술이다. 저스템은 칩 간의 연결성을 높일 수 있도록, 플라즈마로 웨이퍼 표면에 미세한 굴곡을 만드는 장비를 개발하고 있다.

2025.02.17 13:51장경윤 기자

한화정밀기계, '한화세미텍' 사명 변경...한화家 3남 김동선 합류

한화정밀기계가 '한화세미텍(Hanwha Semitech)'으로 사명을 변경하고 새 출발한다. 새 이름 그대로 명실상부 반도체 장비 전문회사로 거듭난다는 방침이다. 또한 한화 김승연 한화그룹 회장의 3남인 김동선 부사장이 미래비전 총괄로 합류해 회사를 이끌게 됐다. 한화정밀기계는 미래 비전 달성과 글로벌 경쟁력 강화를 위해 사명을 한화세미텍으로 개명한다고 10일 밝혔다. 한화세미텍은 반도체(Semiconductor)와 기술(Technology)을 한화와 결합한 합성어다. 첨단기술을 앞세워 글로벌 시장을 선도하는 '종합 반도체 제조 솔루션 기업'이 되겠다는 의지를 담았다. 한화세미텍은 40년 가까이 표면실장기술(SMT) 장비, 반도체 후공정 장비, 공작기계 등을 통해 다양한 첨단기술을 꾸준히 선보인 제조 솔루션 전문 기업이다. 이어 지난해 반도체 전공정 사업을 인수하며 '반도체 제조 솔루션' 전반으로 사업 영역을 확대했다. 한화세미텍은 지속적인 연구개발(R&D) 투자를 통해 고객에게 차별화된 솔루션을 제공한다는 계획이다. 특히 고대역폭메모리(HBM) 제조에 필수인 후공정 장비 TC본더와 차세대 반도체 패키징 기술인 하이브리드 본더 개발에 박차를 가하고 있다. 새 간판과 함께 한화가 3남인 김동선 부사장이 미래비전총괄로 합류했다. 차세대 기술 시장 개척에 공을 들이고 있는 김 부사장은 한화비전, 한화로보틱스 등에서 신사업 발굴에 주력해왔다. 김 부사장의 합류로 HBM TC본더 등 최첨단 장비 중심의 시장 확대에 속도가 붙을 것으로 전망된다. '무보수 경영' 방침을 밝힌 김 부사장은 신기술 투자에는 비용을 아끼지 않겠다는 방침이다. 김 부사장은 “앞으로 우리가 나아갈 할 방향성과 의지를 새 이름에 담았다”면서 “끊임없는 R&D 투자를 통해 이뤄낸 혁신 기술을 바탕으로 반도체 제조 시장의 판도를 바꿔놓을 것”이라고 말했다.

2025.02.10 08:41장경윤 기자

팹 투자 앞당긴 日 키오시아, 삼성·SK와 첨단 낸드 전면전 선언

일본 키오시아가 첨단 낸드 생산능력 확대에 속도를 낸다. 당초 올 상반기 진행하기로 했던 설비투자 계획을 앞당겨, 지난해 말부터 장비 발주를 시작한 것으로 파악됐다. 또한 키오시아는 올 하반기 차세대 낸드에 대한 투자 계획도 수립했다. 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 경쟁사를 빠르게 추격하기 위한 전략으로, 국내 낸드 업계와의 기술력 경쟁이 심화될 것으로 전망된다. 13일 업계에 따르면 키오시아는 지난해 말부터 낸드 생산능력 확장을 위한 설비투자를 진행하고 있다. 키오시아는 일본 주요 낸드 기업으로, 지난해 2분기 기준 전 세계 낸드 시장 점유율 3위를 차지하고 있다. 생산거점은 일본 미에현 욧카이치와 이와테현 기타카미 등에 위치해 있다. 키오시아는 지난해 12월 도쿄증권거래소 프라임시장에 상장하면서 1천200억엔(한화 약 1조1천억원)을 조달했다. 회사는 이 자금을 차세대 낸드 개발 및 생산능력 확대에 활용하겠다고 밝힌 바 있다. 일본 정부 역시 키오시아에 2천430억엔의 보조금을 지원하기로 했다. 실제로 키오시아는 최신급인 8세대 낸드를 중심으로 설비투자를 적극 진행 중이다. 당초 키오시아는 욧카이치 'Y7' 팹의 마지막 유휴공간을 채우기 위한 설비투자를 올해 1월 시작하기로 했다. 그러나 지난해 4분기에 이미 관련 협력사에 발주를 시작한 것으로 파악됐다. 투자 규모는 월 1만5천장 수준이다. 기타카미 'K2' 팹에 대한 투자도 당초 올 1분기 진행할 예정이었으나, 지난해 말 설비발주가 일부 시작됐다. 올 연말까지 총 2만5천장의 생산능력을 확보하기 위한 투자가 꾸준히 진행될 것으로 전망된다. 올 하반기부터 10세대 낸드에 대한 투자도 진행될 전망이다. 10세대(400단대 추정)는 현재 상용화된 가장 최신 세대의 낸드인 9세대를 뛰어넘는 제품이다. 삼성전자·SK하이닉스 등 국내 기업도 이르면 올 하반기 10세대 낸드 양산을 시작할 것으로 관측된다. 반도체 업계 관계자는 "키오시아가 상장 전 공유한 투자 계획 상으로는 올 하반기부터 2026년까지 월 5만장 규모의 10세대 낸드 투자가 진행될 예정"이라며 "차세대 낸드 기술력에 대해 상당한 자신감이 있는 것으로 보인다"고 설명했다. 키오시아의 계획이 순항할 경우, 삼성전자·SK하이닉스 등 국내 기업들과의 경쟁 심화가 불가피할 것으로 전망된다. 키오시아는 낸드 제품에 자체 개발한 'BiCS' 기술을 적용하고 있다. BiCS는 셀을 수직(3D)으로 적층하는 기술로, 200단 이상의 제품부터는 주변 회로와 셀을 각각의 웨이퍼에서 제조한 뒤 직접 붙이는 하이브리드 본딩을 채용하고 있다. 삼성전자, SK하이닉스도 400단 이상 적층하는 낸드부터 하이브리드 본딩을 적용하기로 하는 등 차세대 기술 개발을 서두르고 있다. 다만 실제 양산 투자에 대한 계획은 아직 명확하게 나오지 않았다. AI 데이터센터를 제외한 낸드 시장이 부진하고, 차세대 제품의 시장성이 뚜렷하지 않기 때문인 것으로 관측된다. 또 다른 관계자는 "현재 국내 메모리 업계는 차세대 낸드에 대한 신규 투자보다는 효율성을 극대화한 전환 투자에만 집중하고 있다"며 "낸드의 세대를 높이기보다 QLC(쿼드레벨셀) 등 AI 산업을 위한 고용량 제품 개발에 더 무게를 두고 있다"고 밝혔다.

2025.01.13 11:12장경윤 기자