국내 유일의 SiC(실리콘카바이드) 에피 웨이퍼 전문기업인 아르케(Arche)가 오는 10월부터 본격 양산에 들어간다. 아르케는 2014년 삼성 출신들이 모여 만든 기업으로, SiC 에피 웨이퍼 분야에서 독보적 기술력을 갖춘 회사다.  서상준 아르케 대표는 8일 《디일렉》과 인터뷰를 통해 "전력반도체 시장에서 SiC 공급망 핵심은 결국 SiC 에피텍시(Epitaxy, 이하 에피) 웨이퍼이고, SiC 에피 웨이퍼 확보 및 품질에 따라 해당 기업 경쟁력이 달라진다"며 "국내에선 우리(아르케)가 SiC 에피 웨이퍼 독보적인 기술을 확보하고 있다고 자부한다"고 밝혔다. SiC 기반 전력반도체 시장은 일반적으로 SiC 웨이퍼→SiC 에피→칩 메이커(팹리스)→모듈→수요 기업 구조로 공급망이 구성됐다. 아르케는 SiC 웨이퍼에서 칩으로 이어지는 중간 과정인 SiC 에피 웨이퍼를 생산해 팹리스 등 칩 메이커 기업에 공급한다.  전력반도체 공급망에서 중요한 두 가지 키워드, 바로 SiC 웨이퍼와 SiC 에피 웨이퍼다. 둘은 기본적으로 성질이 다르다.  SiC 웨이퍼는 부도체다. 전기가 통하지 않는다. 전기를 통하게 하려면 도핑(순수 반도체에 불순물을 첨가해 외인성 반도체(Extrinsic Semiconductor)로 만드는 것) 과정을 거친다. SiC 웨이퍼에 도핑을 거쳐 필요한 전류가 흐르는 소재가 바로 SiC 에피 웨이퍼다.  서상준 대표는 “SiC 에피 웨이퍼를 만들 땐 전압과 저항, 전류(V=IR)의 관계를 적절히 분배해 원하는 전압을 흐르게 하는 것이 중요하다”며 “도핑 과정은 수백 가지 변수가 있고 작은 변화에도 민감하게 반응해 그만큼 컨트롤이 어렵다. SiC 공급망에서 고품질 SiC 에피 웨이퍼를 만드는 기술이 가장 핵심인 이유”라고 설명했다. 삼성디스플레이 출신인 서상준 대표는 이력이 남다르다. 디스플레이 박막 공정 기술 및 나노 과학기술 국내 최고 전문가다. 2008년 플렉시블 OLED 기술 개발 및 양산화에 크게 기여했으며 국내외 OLED 관련 60건 이상 특허를 출원했다. 2012년 성균관대 교수로 자리를 옮긴 이후에도 플렉시블 OLED 하판(Backplane), 박막봉지나 배리어 필름 등 다양한 분야로 활동 영역을 넓혔다.  2014년 아르케 설립 후 초기에는 신개념 박막 공정 기술을 활용한 증착 장비 등을 주력으로 했다. 서상준 대표는 한 중견 장비 기업과 함께 3단계로 구성됐던 저온다결정실리콘(LTPS) 공정을 1단계로 단일화한 장비를 개발했다. 그가 이끄는 연구팀이 장비를 개발하고 해당 기업에 기술을 이전하면서 신공정 장비 국산화에 성공했다. 이 장비는 아르케 기술력이 업계에 알려진 계기가 됐다.  2017년 서상준 대표는 4차산업혁명 신성장특별위원회 나노과학기술 전문가로 초빙돼 반도체 및 디스플레이 연구개발(R&D) 역량 강화를 위해 노력했다. 각종 대외 활동을 통해 서상준 대표와 아르케가 갖고 있는 박막 공정 기술 및 특허는 더욱 주목받기 시작했다.  이 무렵, 아르케는 국내 여러 반도체 기업으로부터 기존 실리콘이 아닌 SiC 소재로 박막 공정이 가능하느냐는 제안을 받았다. 때마침 전력반도체 새로운 핵심 소재로 SiC가 조금씩 부각되던 시점이었다.  박막이란 1마이크로미터(μm) 이하 얇은 막을 말한다. 박막을 웨이퍼 위에 입히게 되면 전기적인 특성을 갖게 된다. 결국 SiC 소재를 활용한 박막 공정은 SiC 웨이퍼에 전기적 특성을 부여해 SiC 에피 웨이퍼를 만드는 일이다. 국내 최고 박막 공정 기술을 확보했던 아르케 입장에서 SiC 에피 웨이퍼는 신규 사업으로 최적의 아이템이었다. 아르케가 SiC 에피 웨이퍼 국산화에 나선 배경이다.  처음에는 쉽지 않았다. 일단 국내에는 SiC 에피 웨이퍼를 개발할 수 있는 설비가 없었다. 2019년 아르케는 약간의 투자를 받아 독일 엑시트론(AIXTRON) G4 설비를 구입했다. SiC 에피 웨이퍼 개발을 위한 필수 설비다. 기존 아르케가 갖고 있던 기술에 새로운 설비를 통한 연구개발(R&D)을 더하니 나름 성과가 나왔다.  그것만으로는 부족했다. G4는 R&D를 위한 장비였다. 양산용 설비가 필요했다. 고민 끝에 서상준 대표는 2022년 3월 70억원을 들여 엑시트론 G5 자동화 증착 설비를 구입했다.  타이밍도 적절했다. SiC 시장에 대한 관심이 점점 커지면서 엑시트론 장비가 귀해졌다. 서상준 대표는 자금 확보에 앞서 장비 발주부터 했다. 그때 주문하지 않으면 언제 G5를 들여올지 기약할 수 없다고 판단했기 때문이다. 장비 발주 후 아르케는 100억원 규모 투자 유치에 성공했다.  서상준 대표는 “지금 G5 장비를 구입하려면 발주해도 2~3년 후 장비를 받을 수 있다”며 “설비 투자 시점 등 타이밍이 좋았다”고 회고한다.  국내에는 SiC를 차세대 성장동력으로 삼은 반도체 기업이 많다. 웨이퍼 기업부터 시작해 파운드리나 팹리스 등 여럿 있다. 하지만 SiC 에피 웨이퍼를 전문으로 다루는 곳은 아르케가 국내 유일하다.  해외 시장에서는 울프스피드(Wolfspeed)와 같이 SiC 시장 선두기업이 SiC 에피 웨이퍼를 만든다. 하지만 이들은 모두 자신들이 SiC 웨이퍼부터 SiC 에피 웨이퍼는 물론 칩을 함께 생산한다. 즉, 이들이 만든 SiC 에피 웨이퍼가 시장에 공급되진 않는다. SiC 공급망에서 아르케가 가진 또 다른 장점이다.  서상준 대표는 “아르케는 SiC 에피 웨이퍼만 전문으로 취급하기 때문에 이를 필요로 하는 팹리스나 파운드리 등 다양한 고객사에 공급할 수 있다”며 “국내에는 이 분야 경쟁 상대가 거의 없다고 할 만큼 독보적인 경쟁력을 갖췄다고 자부한다”고 말한다.  아르케는 전기차에 사용되는 650V 및 1200V급 SiC 에피 웨이퍼 생산을 준비하고 있다. 이르면 올해 10월 본격적으로 양산한다. 2500V~6000V 등 고전압 제품도 개발 중이다. 올해부터 본격적인 매출 발생도 기대된다. 아르케는 대규모 양산을 위해 1~2차례 더 투자받은 후 5년 내 기업공개(IPO)를 하는 것이 중장기적 계획이다 서상준 대표는 “아르케는 삼성 출신들이 모여 만든 전력반도체 전문기업”이라며 “SiC 에피 웨이퍼 경쟁력을 바탕으로 향후 SiC 공급망 내에서 다양한 분야로 사업 영역을 확대할 것”이라고 말했다.

디일렉=강승태 기자 [email protected]
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