HBM4부터 ‘하이브리드 본딩’ 기술 적용 검토
기존 TC 본더 시장은 韓 반도체 장비 기업들이 장악
美 어플라이드, 하이브리드 본딩 장비 시장 참전
차세대 장비 시장 두고 국산vs외산 각축전 예상

SK하이닉스가 세계 최초로 샘플을 공급한 HBM4(6세대 HBM) 12단./SK하이닉스 제공

삼성전자와 SK하이닉스가 차세대 고대역폭메모리(HBM) 적층 공법에 하이브리드 본딩 기술 도입을 검토 중인 가운데, 반도체 장비 공급망에 지각변동이 예상된다. 하이브리드 본딩은 HBM에 탑재되는 D램을 연결하는 ‘범프’ 없이 구리를 통해 칩을 쌓는 방식이다. 이렇게 하면 칩 크기를 줄이면서 전력 효율 등의 성능을 최소 2배 이상 높일 수 있다.

기존 HBM 적층에는 세메스, 한미반도체, 한화세미텍 등의 ‘TC 본더’ 장비가 활용됐지만, 하이브리드 본딩 장비로 양산 기술력을 입증한 국내 기업은 전무하다. 세계 최대 반도체 장비 기업인 미국 어플라이드 머티어리얼즈가 HBM 하이브리드 본딩 장비 시장 진출을 선언하면서 향후 공급망 진입을 두고 각축전이 벌어질 것으로 보인다.

7일 업계에 따르면, 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 반도체 기업들은 차세대 HBM 제품 양산에 하이브리드 본딩 기술 적용을 추진 중이다. 삼성전자는 이르면 내년도 시장에 공급될 HBM4(6세대 HBM) 제품에, SK하이닉스는 7세대 HBM(HBM4E)에 해당 기술을 적용할 것으로 파악된다.

◇ HBM 적층 장비 ‘TC 본더’는 韓 반도체 장비 업계가 주도

현재 시장에 공급되고 있는 최신 HBM3E(5세대 HBM) 양산에는 TC 본더 장비가 활용된다. TC 본더는 열과 압력을 가해 개별 D램을 연결하는 핵심 장비로, 범프로 연결된 개별 칩을 일정한 간격으로 쌓고 고정하는 역할을 한다. 삼성전자는 세메스와 일본 신카와 등으로부터 TC 본더를 공급받고 있고, SK하이닉스는 한미반도체와 한화세미텍을 주요 공급사로 두고 있다. 엔비디아에 HBM을 공급 중인 미국 마이크론도 한미반도체와 신카와 등의 장비를 활용하고 있다.

신카와, 싱가포르 ASMPT 등이 TC 본더 장비를 메모리 반도체 기업에 공급하고 있지만, TC 본더 시장은 현재 국내 반도체 장비 기업들이 80% 이상의 시장을 차지하고 있는 것으로 알려졌다. HBM3E용 TC 본더 시장은 사실상 한미반도체가 독점하고 있다.

SK하이닉스가 올 2분기부터 엔비디아에 공급할 HBM3E 12단 양산용 TC 본더 장비는 한화세미텍이 다수 공급할 전망이다. 삼성전자 HBM 제조 라인에도 세메스의 장비가 상당수 투입돼 있다.

반도체 장비업계 관계자는 “HBM 수요가 예상보다 가파르게 늘어나면서 한미반도체 등 국내 기업의 TC 본더 공급량이 증가했다“면서 ”공급 계약이 완료된 HBM을 적기에 납품하기 위해서는 안정적으로 제품을 양산할 수 있는 기업에 주문이 쏠릴 수밖에 없는 구조”라고 설명했다,

한미반도체의 TC 본더 '1.0 TIGER'./한미반도체 제공

◇ 美 어플라이드, 하이브리드 본딩 시장 참전 예고

차세대 HBM을 위한 하이브리드 본딩 시장이 개화하면서 반도체 장비 생태계에 지각변동이 예고된다. 하이브리드 본딩 기술이 적용되기 시작하면, 차세대 HBM 적층의 주류 공법으로 자리매김할 가능성이 높다.

어플라이드 머티어리얼즈는 전 세계에서 유일하게 하이브리드 본딩에 필요한 첨단 접착 장비를 양산하고 있는 베시 지분 9%를 매입했다. 이와 함께 시스템 반도체 시장에는 선제적으로 하이브리드 본딩 장비를 공급하고 있다.

한미반도체와 한화세미텍 등 국내 반도체 장비 업계도 차세대 적층 장비 개발에 속도를 높이고 있다. 한미반도체와 한화세미텍은 하이브리드 본딩뿐만 아니라 ‘플럭스리스 본딩’ 장비도 개발해 경쟁력을 강화할 계획이다. 플럭스리스 본딩은 하이브리드 본딩 대비 기술 난도는 낮지만, 범프에 부착돼 칩 정렬과 산화막 제거 역할을 하는 플럭스 없이 적층해 칩 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 이 같은 이유로 마이크론 등이 차세대 HBM 적층에 활용을 검토 중인 것으로 알려졌다.

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -

Copyright © 조선비즈. 무단전재 및 재배포 금지.