미세공정 경쟁의 진짜 승자는 소재 기업일 수도 있다.동진쎄미켐 . HPSP. 원익IPS. 한미반도체.솔브레인  

반도체 미세공정 경쟁을 이야기하면 대부분 삼성전자, TSMC, 인텔 같은 반도체 제조기업을 떠올린다. 하지만 업계에서는 오래전부터 "소재 없이는 미세공정도 없다."라는 말이 있을 정도로 소재 기업의 중요성이 절대적이다.

2nm와 1.4nm 시대가 열리면서 단순히 트랜지스터를 작게 만드는 것만으로는 한계가 있다. 원자 수십 개 수준의 회로를 구현하려면 실리콘 웨이퍼의 평탄도, 포토레지스트의 감광 성능, 식각 과정의 정밀도, 증착 재료의 순도까지 모든 소재가 기존보다 훨씬 높은 수준을 만족해야 한다.

예를 들어 2nm 공정에서는 불순물이 원자 몇 개만 증가해도 누설전류가 커지고 수율이 크게 떨어질 수 있다. 이 때문에 반도체 기업은 장비보다 먼저 소재 기업과 공동 개발을 진행하는 경우가 많다. 실제로 삼성전자와 TSMC는 차세대 공정을 개발할 때 포토레지스트, 웨이퍼, CMP 소재 업체들과 수년 전부터 공동 평가를 진행하며 공정을 완성해 나간다.

이처럼 미세공정이 발전할수록 반도체 제조기업보다 오히려 소재 기업의 기술 장벽은 더욱 높아지고 있다. 한번 공급망에 진입하면 쉽게 교체되지 않는 특성 때문에 장기적인 성장성과 안정성을 동시에 확보할 수 있다는 점도 소재 기업의 큰 경쟁력이다.

동진쎄미켐 

동진쎄미켐은 국내에서 가장 앞선 반도체 화학소재 기업 가운데 하나다. 특히 반도체 회로를 웨이퍼 위에 형성할 때 사용하는 포토레지스트(Photoresist) 분야에서 경쟁력을 확보하고 있다.

포토레지스트는 빛에 반응하는 감광액으로, EUV 노광 공정에서는 회로의 폭이 수십 나노미터 이하로 줄어들기 때문에 극도로 높은 해상도와 균일성이 요구된다. 미세한 결함 하나도 회로 불량으로 이어질 수 있어 소재의 품질이 곧 수율을 결정한다고 해도 과언이 아니다.

현재 고성능 EUV 포토레지스트 시장은 일본 기업들이 강세를 보이고 있지만, 동진쎄미켐은 국산화를 지속적으로 추진하며 차세대 소재 개발을 이어가고 있다. 삼성전자와의 협력을 바탕으로 연구개발을 확대하고 있으며, 국내 공급망 안정성 측면에서도 중요한 역할을 맡고 있다.

AI 반도체와 2nm 공정이 확대될수록 EUV 공정 적용 비중도 함께 증가하기 때문에, 포토레지스트 시장 역시 장기적으로 성장할 가능성이 높다.

 HPSP 

HPSP는 일반 투자자들에게는 아직 낯선 기업일 수 있지만, 반도체 업계에서는 고압 수소 어닐링(High Pressure Hydrogen Annealing) 기술을 사실상 선도하는 기업으로 평가받는다. 특히 2nm 이하 초미세공정으로 진입할수록 HPSP의 장비 중요성은 더욱 커질 것으로 전망된다.

반도체는 미세공정으로 갈수록 트랜지스터 크기가 원자 수십 개 수준까지 작아진다. 이 과정에서 실리콘 표면에는 수많은 결함(Defect)이 발생하며, 이러한 결함은 전자의 이동을 방해하거나 누설전류를 증가시켜 성능 저하와 수율 하락의 원인이 된다.

이를 해결하기 위해 사용하는 공정이 바로 수소 어닐링(Hydrogen Annealing)이다. 고온과 고압의 수소 환경에서 웨이퍼를 처리하면 실리콘 표면의 결함이 안정적으로 복구되고, 전기적 특성이 개선된다. 특히 GAA(Gate-All-Around) 구조에서는 트랜지스터의 접촉 면적이 증가하고 구조가 더욱 복잡해지기 때문에 이러한 공정의 중요성이 기존 FinFET보다 훨씬 커지고 있다.

HPSP는 이 분야에서 세계 최고 수준의 고압 수소 어닐링 장비를 개발했으며, 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 주요 메모리 및 파운드리 기업에 장비를 공급하고 있다. 최근에는 로직 반도체뿐 아니라 HBM과 차세대 메모리 공정에서도 활용 범위가 확대되고 있어 성장성이 더욱 주목받고 있다.

향후 2nm와 1.4nm 공정이 본격적으로 확대될수록 고압 수소 어닐링 공정은 선택이 아닌 필수 공정으로 자리 잡을 가능성이 높다. 따라서 HPSP는 미세공정이 발전할수록 함께 성장할 가능성이 높은 대표적인 국내 장비 기업으로 평가받고 있다.

 원익IPS 

원익IPS는 반도체 제조 공정에서 증착(Deposition) 장비를 공급하는 국내 대표 기업이다. 증착 공정은 웨이퍼 위에 원자 단위의 얇은 막을 형성하는 과정으로, 반도체의 절연막과 전도막, 보호막 등을 만드는 데 반드시 필요하다. 회로가 미세해질수록 이 막의 두께와 균일성을 원자 수준으로 제어해야 하기 때문에 증착 기술의 중요성은 갈수록 커지고 있다.

특히 2nm 이하 공정에서는 기존 방식보다 ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착) 기술의 활용이 크게 증가하고 있다. ALD는 원자층을 한 겹씩 쌓아 올리는 방식으로, 매우 복잡한 GAA 구조에서도 균일한 박막을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 차세대 트랜지스터 구조와 첨단 패키징 공정에서도 ALD는 핵심 기술로 평가받는다.

원익IPS는 ALD와 CVD(화학기상증착) 장비를 중심으로 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 주요 반도체 기업에 장비를 공급하고 있으며, 메모리와 파운드리 모두에서 기술력을 인정받고 있다. 최근에는 AI 반도체와 HBM 수요 증가에 대응하기 위해 차세대 증착 장비 개발에도 투자를 확대하고 있다.

미세공정이 발전할수록 증착 공정은 더욱 정밀해져야 한다. 원자 몇 개 차이만으로도 전력 효율과 수율이 달라질 수 있기 때문이다. 이러한 이유로 증착 장비는 노광장비(EUV)와 함께 미세공정을 구현하는 핵심 축으로 꼽힌다.

투자 관점에서도 원익IPS는 AI 반도체, HBM, GAA 공정 확대라는 세 가지 성장 축의 수혜를 받을 가능성이 있는 기업이다. 첨단 공정으로 전환될수록 증착 장비의 기술 난이도와 부가가치가 높아지는 만큼, 장기적으로도 국내 반도체 장비 산업의 핵심 기업 가운데 하나로 평가받고 있다.

 한미반도체

한미반도체는 반도체를 직접 설계하거나 생산하는 기업은 아니지만, AI 시대를 이야기할 때 절대 빠질 수 없는 첨단 패키징 장비 전문기업이다. 특히 HBM(고대역폭 메모리) 생산에 필요한 TC 본더(Thermal Compression Bonder) 시장에서 세계적인 경쟁력을 확보하며 글로벌 AI 반도체 공급망의 핵심 기업으로 자리 잡았다.

HBM은 일반 D램처럼 평면으로 제작하는 것이 아니라 여러 개의 메모리 칩을 수직으로 쌓아 하나의 고성능 메모리로 만드는 구조다. 이 과정에서 칩 하나하나를 매우 정밀한 위치에 적층하고 열과 압력을 이용해 접합해야 하는데, 이 공정을 담당하는 장비가 바로 TC 본더다. 정렬 오차가 극히 작아야 하며, 미세한 오차만 발생해도 제품 불량으로 이어질 수 있기 때문에 장비의 정밀도와 안정성이 무엇보다 중요하다.

AI 데이터센터의 확대로 HBM 수요가 폭발적으로 증가하면서 TC 본더의 중요성도 함께 커지고 있다. 엔비디아와 AMD의 AI GPU에는 대용량 HBM이 필수적으로 탑재되며, 차세대 HBM4와 HBM4E에서는 적층 수가 더욱 증가해 패키징 기술의 난이도가 한층 높아질 전망이다. 이에 따라 첨단 패키징 장비 시장 역시 지속적인 성장이 예상된다.

한미반도체는 이러한 변화에 맞춰 고성능 TC 본더를 지속적으로 개발하고 있으며, 글로벌 메모리 기업들과 협력을 확대하고 있다. 앞으로 HBM 시장이 성장할수록 패키징 장비에 대한 투자도 증가할 가능성이 높아, 한미반도체는 AI 반도체 생태계에서 가장 주목받는 국내 장비 기업 가운데 하나로 평가받고 있다.

 솔브레인 

반도체 공정에서 화려한 장비만큼 중요한 것이 바로 초고순도 화학소재다. 아무리 뛰어난 EUV 장비와 첨단 공정을 갖추고 있어도 사용하는 화학소재의 순도가 낮다면 원하는 성능과 수율을 확보할 수 없다. 이러한 핵심 소재를 공급하는 대표적인 국내 기업이 바로 솔브레인이다.

솔브레인은 반도체 제조 과정에서 사용되는 식각액, 세정액, 박리액, 불화수소(HF), CMP 슬러리 등 다양한 고순도 화학소재를 생산하고 있다. 이들 소재는 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하거나 회로를 정밀하게 가공하는 데 사용되며, 공정이 미세해질수록 더욱 높은 순도와 안정성이 요구된다.

특히 2nm 이하 공정에서는 회로 폭이 원자 수십 개 수준까지 줄어들기 때문에 미세한 금속 오염이나 화학적 불순물도 수율에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 화학소재 기업들은 단순히 제품을 공급하는 것이 아니라 반도체 제조사와 공동으로 공정을 최적화하며 새로운 소재를 개발하고 있다. 이러한 공동 개발 능력은 쉽게 따라 할 수 없는 진입장벽으로 작용한다.

AI 반도체와 HBM 생산 확대는 화학소재 시장에도 새로운 성장 기회를 제공하고 있다. 첨단 공정의 확대는 곧 고부가가치 화학소재 수요 증가로 이어질 가능성이 크며, 안정적인 품질과 공급 능력을 갖춘 기업의 중요성은 더욱 커질 것으로 예상된다.

솔브레인은 눈에 잘 드러나지 않는 기업이지만, 반도체 산업에서는 '공정의 품질을 결정하는 숨은 기술 기업'으로 평가받는다. 미세공정이 2nm, 1.4nm 시대로 발전할수록 초고순도 화학소재의 중요성도 함께 높아질 가능성이 크기 때문에, 장기적인 반도체 산업 성장과 함께 주목해야 할 핵심 소재 기업 중 하나라고 할 수 있다.

반도체 산업은 오랫동안 더 작은 공정, 더 높은 성능, 더 낮은 전력 소비를 목표로 발전해 왔다. 하지만 2nm 시대에 들어선 지금, 미세공정 경쟁은 단순히 트랜지스터의 크기를 줄이는 기술 경쟁이 아니라 반도체 생태계 전체의 기술력을 시험하는 종합 경쟁으로 변화하고 있다.

최첨단 반도체를 생산하기 위해서는 삼성전자와 TSMC 같은 파운드리 기업의 공정 기술만으로는 충분하지 않다. ASML의 EUV 노광장비, 동진쎄미켐의 포토레지스트, HPSP의 고압 수소 어닐링 장비, 원익IPS의 원자층 증착(ALD) 장비, 한미반도체의 첨단 패키징 기술, 솔브레인의 초고순도 화학소재까지 수많은 기업의 기술이 유기적으로 결합되어야 비로소 하나의 반도체가 완성된다.

특히 AI 시대에는 이러한 협력 구조가 더욱 중요해지고 있다. 생성형 AI와 데이터센터, 자율주행, 휴머노이드 로봇 등은 기존보다 훨씬 높은 연산 성능과 전력 효율을 요구한다. 이를 구현하기 위해서는 미세공정뿐 아니라 노광장비, 소재, 증착, 식각, 패키징, HBM 등 모든 기술이 함께 발전해야 한다. 결국 미래의 경쟁은 한 기업이 아니라 하나의 산업 생태계가 얼마나 완성도 높은 공급망을 구축하느냐에 달려 있다고 해도 과언이 아니다.

투자자의 시각에서도 주목해야 할 부분은 여기에 있다. 과거에는 삼성전자나 TSMC처럼 완성품을 생산하는 기업이 시장의 중심이었다면, 앞으로는 첨단 장비와 핵심 소재를 공급하는 기업들의 전략적 가치도 더욱 높아질 가능성이 크다. 실제로 미세공정이 고도화될수록 소재와 장비의 기술 장벽은 더욱 높아지고, 한 번 공급망에 진입한 기업은 쉽게 대체되지 않는 특성을 갖는다. 이는 장기적인 성장성과 안정적인 수익 구조를 동시에 확보할 수 있는 중요한 경쟁력으로 이어질 수 있다.

결국 2nm는 미세공정 경쟁의 끝이 아니라 새로운 출발점이다. 앞으로 1.4nm, 차세대 트랜지스터 구조, 첨단 패키징, 새로운 소재와 장비 기술이 등장하면서 반도체 산업은 또 한 번의 혁신을 맞이할 것이다. 그리고 그 혁신은 특정 기업 하나가 아니라 수많은 기술 기업들이 함께 만들어가는 결과물이다.

미래의 반도체 산업을 이해한다는 것은 단순히 삼성전자나 TSMC의 기술을 이해하는 것이 아니다. 보이지 않는 곳에서 미세공정을 가능하게 만드는 장비와 소재 기업까지 함께 이해할 때 비로소 반도체 산업의 진짜 경쟁력과 미래 성장 가능성을 읽을 수 있을 것이다.