한화정밀기계 - HBM 제조용 TC본딩 장비 테스트용 장비 SK hynix에 납품

고대역폭메모리(HBM) 제조 공정의 핵심 장비로 꼽히는 열압착(TC) 본더 장비 시장을 두고 국내 1위 한미반도체와 한화정밀기계가 정면 승부에 돌입한다. 인공지능(AI) 시대 최고 메모리인 HBM을 두고 삼성전자·SK하이닉스 등이 치열한 경쟁을 펼치고 있는 가운데 HBM 장비 시장에서도 본격적인 기술 레이스가 시작됐다는 평가가 나온다.

 

SK하이닉스는 한화 등 신규 기업 장비를 양산 라인에서 돌려본 다음, 테스트 결과가 좋으면 대규모 발주를 내겠다는 계획을 세워뒀다. 당장 올 하반기에 이뤄질 12단 적층 HBM3E용 TC본딩 장비 발주건이 이원화, 혹은 삼원화될 가능성이 높은 것으로 전문가들은 보고 있다. 

31일 업계에 따르면 한화정밀기계는 최근 SK하이닉스와 공동 개발로 제작한 TC본딩 장비의 외부 퀄 테스트를 통과시켰다. 아울러 오는 6월 10일에 한화정밀기계 TC본딩 장비 두 대를 입고받는 조건으로 계약을 한 것으로 전해졌다. 해당 장비는 '양산용'이 아닌 '평가용'이다. SK하이닉스는 7월 말까지 이 장비로 라인 평가를 추진할 계획이다. 

업계 관계자는 "통과하면 평가 장비를 구매 전환하고, 하반기에 대규모 발주도 받게 될 것"이라고 말했다. 이 관계자는 "SK하이닉스 제조부문이 한화정밀기계 평가 장비 제작 단계부터 관여했다"면서 "평가 통과를 못하면 시일은 걸리겠지만, 이원화 및 삼원화라는 방향성은 정해져 있는 것"이라고 했다.

한화정밀기계는 해당 장비 발주를 대비해 경남 창원 공장에서 추가로 장비를 조립하고 있는 것으로 전해졌다. 

한화정밀기계의 TC 본더가 SK하이닉스의 HBM 생산 라인으로 공급되는 것은 이번이 처음이다.

 

 

TC 본더는 SK하이닉스의 여러 개의 칩을 수직으로 쌓아 올리는 HBM 제조 공정에서 반드시 필요한 장비다. 이 수직 적층 과정에서 SK하이닉스는 ‘매스리플로-몰디드언더필(MR-MUF)’이라는 공정을 통해 D램 사이를 일종의 접착제로 결합시킨다. 이 공정에 앞서 D램을 일정한 간격으로 쌓고 고정시키는 ‘초벌’ 가접합 작업이 필요한데 이 공정을 TC 본더가 맡는다.

TC 본더는 향후 상당 기간 HBM 업계에서 중요한 자리를 차지할 것으로 예상된다. 최근 HBM의 두께 표준이 720㎛(마이크로미터·100만분의 1m)에서 775㎛로 상향되면서 칩 제조사들이 HBM 두께를 줄이는 고난도 ‘하이브리드 본딩’ 기술 개발에 관한 부담을 일단 덜게 됐기 때문이다. 이에 따라 반도체 제조사들은 당분간 TC 본더를 활용하는 기존 MR-MUF나 TC-NCF(비전도성절연필름) 공정을 그대로 활용하면서 하이브리드 본딩 기술을 병행 개발할 것으로 보인다. 여기서 TC-NCF 공정은 D램을 쌓을 때 액체 형태의 접착제 대신 열에 녹는 필름을 활용하는 삼성전자의 기술이다.

 

 

한화의 이번 장비를 포함해 하반기 대규모 발주를 앞두고 있는 12단 HBM3E용 TC본딩 장비는 일부 공정 프로세스가 바뀐다. 기존에는 칩 다이를 올릴 때 본딩 장비를 쓰고, 이후 매스리플로우(MR:Mass Reflow) 공정을 통해 칩을 완전히 붙인 후 절연을 위해 언더필(Underfill) 공정 과정을 거쳤다. 

12단 HBM3E는 칩 다이(Die) 두께가 보다 얇아진다. 휘어짐(Warpage) 방지를 위해 본딩시 열을 조금 가해서 살짝 붙인 뒤 MR 과정을 거치기로 했다. SK하이닉스에선 이 공법을 hMR(heated Mass Reflow)이라고 이름붙였다. 

SK하이닉스는 현재 한미반도체, 한화정밀기계, ASMPT 세 곳 장비를 모두 평가하고 있다. 한미반도체 장비는 hMR이 완벽하게 이뤄지지 않아 장비 성능을 개선 중인 것으로 전해졌다. 생산성도 높여야 한다는 평가를 받았다. ASMPT 장비는 hMR 공법 품질이 한미반도체 장비 대비 우수하다는 평가를 받지만 생산성 및 장비 사이즈가 크다는 의견이 있었다. ASMPT는 SK하이닉스 요구에 맞춰 장비를 개선하고 있는 것으로 전해졌다. 

한화정밀기계 TC본딩 장비의 경우, 샘플 본딩 결과는 한미반도체 장비 대비 양호하게 나온 것으로 알려졌다. 6월에 입고되는 장비로 실제 양산 라인에서 추가 테스트를 거칠 예정이다. 

SK하이닉스는 hMR 기술에 대응하는 신규 TC본딩 장비 약 30여대를 올 하반기에 구매할 예정이다. 또 다른 업계 관계자는 "테스트 결과에 따라 3사의 희비가 갈릴 수 있다"고 말했다.

 

한편 TC본더를 두고 한미반도체와 한화정밀기계는 그간 신경전도 벌여왔다. 

한미반도체는 지난 23일 한화정밀기계로 이직한 전 직원 A씨를 대상으로 청구한 부정경쟁행위금지 소송에서 1심과 2심 모두 승소하며 최종 승소했다고 밝힌 바 있다. 

이에 따르면 한미반도체 전 직원인 A씨는 2021년 TC 본더, 플립칩 본더 등 핵심 장비 연구개발부서에서 근무하다가 한화정밀기계로 이직했다. 이에 한미반도체가 부정경쟁행위금지 소송을 제기하여 지난해 8월 1심에서 승소했다.

지난 2일 열린 수원고등법원 재판부에서도 A씨가 한화정밀기계에서 한미반도체의 기술정보를 사용, 공개하는 행위를 금지하도록 최종 판결을 내렸다. 

한미반도체 관계자는 “인공지능 반도체용 HBM 필수 공정 장비이자 세계 시장 점유율 1위인 한미반도체 TC 본더의 핵심 기술을 담당하던 직원의 한화정밀기계 취업은 전직금지는 물론이고, 영업비밀보호의무위반 등의 소지가 높아 부정경쟁행위금지 소송을 제기하게 됐다"고 밝혔다. 

한화정밀기계는 한미반도체의 이같은 발표에 "해당 소송은 한미반도체의 전 직원 개인에 대한 소송이며 한화정밀기계에 대한 소송이 아니다"며 "해당 개인이 한미 재직 중 습득한 기술정보를 다른 곳에 제공하지 못하게 하는 취지이고, 법원도 해당 사항에 대해서만 판단했으며, 사실상 그 기간도 지났다"고 밝혔다. 

한화정밀기계는 또 "상기 직원은 정상적인 공개채용의 절차를 거쳐 합법적으로 채용한 인력이며, 이직 당시 4년차 사원으로 한미측의 중요정보를 취급했을 가능성이 매우 희박하다"며 "한화정밀기계의 반도체 사업은 외부에 노출되는 바가 적었으나, 타 전자/장비 사업과 마찬가지로 오랜 기간에 걸쳐 기술을 개발해 왔다"고 강조했다. 

HBM 업계 1위 SK하이닉스의 TC 본더 공급망에서 우위에 있는 업체는 한미반도체다. 한미반도체는 2017년 SK하이닉스와 함께 TC 본더를 개발한 후 지난해 4세대 HBM(HBM3)용 TC 본더, 올해 납품할 8·12단 5세대 HBM(HBM3E)까지 SK하이닉스에 공급하기로 계약했다. 한미반도체는 SK하이닉스뿐만 아니라 마이크론테크놀로지에도 장비를 공급할 정도로 시장의 주목을 받고 있다.

곽민정 현대차증권 연구원은 “마이크론은 올해 4%인 HBM 시장점유율을 내년 30%까지 올리는 것을 목표로 한다”며 “마이크론의 시장점유율 확대 계획에 따라 한미반도체의 수혜 강도는 더욱 커질 것”이라고 분석했다.

여기에 TC 본더 시장의 전통적 강자인 네덜란드 ASMPT가 참전할 가능성도 있다. SK하이닉스는 최근 이 회사와 협력 확대 방안을 논의하고 있는 것으로 전해졌다. 반도체 업계의 관계자는 “한화정밀기계는 전신이 삼성정밀공업인 만큼 장비에 관한 이해도와 노하우가 쌓여 있는 회사이고 ASMPT는 SK하이닉스는 물론 인텔·TSMC 등 세계적인 반도체 회사의 러브콜을 받고 있는 회사”라고 설명했다.

한편 HBM 분야에서 SK하이닉스를 공격적으로 뒤쫓고 있는 삼성전자도 TC 본더 공급망 확대에 집중하고 있다. 삼성전자는 최근 천안사업장을 중심으로 HBM 생산 능력을 지난해보다 2.9배 늘리겠다고 발표했는데 이를 위해 자회사 세메스와 일본 신카와에 40대 이상의 TC 본더를 주문한 것으로 알려졌다.

 

 

출처: 디일렉, 서울경제, Smart Today

 

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