HBM4 시대 열린다…펨트론, 3D 검사로 반도체 '눈' 된다

적층 단수 상승으로 공정 난도 급증…3D 검사 장비 수요 확대
고부가 장비 비중 증가로 수익성 '레벨업'…영업이익률 20% 돌파 전망

펨트론의 반도체 검사 장비 '8800 WI'. [출처=펨트론 홈페이지 캡처]

인공지능(AI) 반도체 시장의 핵심 부품인 고대역폭메모리(HBM)가 6세대인 HBM4 시대로 진입, 반도체 후공정 검사 장비 전문 기업인 펨트론에 업계의 이목이 쏠린다.

HBM의 적층 단수가 가파르게 높아짐에 따라 수율 확보를 위한 정밀 검사의 중요성이 그 어느 때보다 커졌기 때문이다. 3D 비전 기술력을 바탕으로 시장에 안착한 펨트론은 HBM 고단화 흐름을 타고 실적 성장의 가속도가 붙을 것으로 전망된다.

7일 반도체 업계에 따르면 현재 메모리 시장은 HBM3E 12단 양산을 넘어 HBM4 16단 이상의 초고단 적층 경쟁에 돌입했다. 반도체를 수직으로 높게 쌓을수록 데이터 처리 용량과 속도는 개선되지만, 공정상 불량 가능성 역시 기하급수적으로 높아지는 것이 문제다. 하단부에서 발생한 미세한 정렬 오차나 미세한 기울어짐이 층수가 올라갈수록 누적돼 상단부에서는 치명적인 결함으로 이어져서다. 특히 열 압착 적층(TC Bonding) 과정에서 발생하는 다이 간 높이 균일성 문제는 제품 전체의 신뢰성을 결정짓는 핵심 요소가 됐다.

이러한 공정 한계를 극복하기 위해 3D 비전 기술을 활용한 정밀 검사 공정은 필수로 자리 잡고 있다. 과거에는 적층 초반부와 후반부에서만 일부 샘플링 검사를 진행하는 것이 주류였으나, 16단 이상의 고단화 공정에서는 수율 관리를 위해 검사 빈도를 대폭 늘려야 한다.

현재 2개 단 수준에서 이루어지던 검사가 4개, 8개 단으로 확대될 경우, 동일한 생산량을 기준으로 하더라도 검사 장비의 소요 대수는 수배 이상 증가할 것으로 예상된다. 아울러 웨이퍼 단위에서의 전수검사 비율이 확대되고 있는 점도 펨트론과 같은 검사 장비 기업에는 업황 확장 신호로 읽힌다.

세미콘 코리아 2026 펨트론 부스 조감도. [출처=펨트론]

펨트론은 이러한 흐름을 타고 체질 개선에 나서고 있다. 본래 전자부품 실장(SMT) 검사 장비를 주력으로 공급하던 펨트론은 3D 비전 기술을 반도체 후공정으로 성공적으로 이식했다. 반도체 장비는 기존 SMT 장비 대비 평균판매가격(ASP)이 7~10배가량 높아, 매출 비중이 상승할수록 기업 전체의 영업이익률이 드라마틱하게 개된다.

실제로 2020년 11.9%에 불과했던 반도체 검사 장비 매출 비중은 2025년 기준 33.3%까지 치솟으며 펨트론의 핵심 사업부로 자리잡았다. 지난해 4.6% 수준에 머물렀던 영업이익률은 고부가 반도체 장비 판매 확대를 통해 올해 20% 이상으로 '레벨업'될 것이라는 전망이 지배적이다.

올해 반도체 장비 부문에서만 600억원 이상의 매출을 거둘 것으로 예상되는 가운데, 기존 주력 고객사인 SK하이닉스를 넘어 삼성전자와 마이크론 등 글로벌 메모리 제조사로 고객사를 다변화할 가능성도 커지고 있다.

반도체 업계 관계자는 "소캠(SOCAMM)2 검사 장비도 고객사 퀄테스트가 통과된 만큼 추가 성장성도 확보했다"며 "올해 메모리 3사의 소캠 양산이 본격됨에 따라 수혜가 기대된다"고 말했다. 소캠2는 엔비디아의 차세대 AI 플랫폼 '베라 루빈'에 HBM과 함께 탑재되는 핵심 저전력 메모리 모듈이다.