질화갈륨(GaN) 에피웨이퍼는 여러 결정층을 쌓는 과정에서 발생하는 미세한 편차가 품질과 수율을 좌우한다. 분자빔 에피택시(MBE) 장비는 한 차례 소스 충전과 유지보수 후 얼마나 오랫동안 안정적으로 생산을 이어가느냐에 따라 생산성이 달라진다. 작업자가 야간과 주말까지 데이터를 살피며 이상을 보정하는 방식에는 운영시간의 제약이 따른다. 공정 데이터를 실시간으로 해석한 AI가 이상을 판단하고 설비까지 제어해야 연속적인 무인 생산이 가능해진다. 아이브이웍스가 자체 스마트공장 시스템에 AI 에이전트를 결합해 GaN 에피웨이퍼 공정을 자율운영 단계로 높인다.
화합물 반도체 소재 전문기업 아이브이웍스는 중소벤처기업부가 주관하는 ‘제조AI특화 스마트공장 구축지원사업’의 도입 기업으로 선정됐다. 회사는 향후 9개월 동안 국비를 포함한 약 29억원을 투입해 AI 기반 스마트공장 시스템을 고도화한다.
아이브이웍스는 지난 2019년부터 화합물 반도체 소재 생산에 AI를 도입한 스마트 공장 시스템 ‘DOMM(돔)’을 단계적으로 구축했으며, 현재 전 양산 라인에 적용 중이다. (자료 제공: 아이브이웍스)
제조AI특화 스마트공장 구축지원사업은 업종과 공정에 맞는 AI를 제조 현장에 적용해 불량 탐지와 공정 제어, 생산 의사결정 등을 자동화하는 사업이다. 중기부는 2026년 스마트 제조혁신 지원사업 통합공고를 통해 제조기업의 AI 전환과 자율형 공장 구축을 지원하고 있다.
아이브이웍스는 2019년부터 AI 기반 스마트공장 시스템 ‘DOMM’을 자체 개발해 왔다. 현재 DOMM은 회사의 모든 양산 라인에 적용돼 공정 데이터를 수집하고 분석하며 생산설비를 제어한다.
시스템에는 박막 성장 과정에서 결정 표면의 상태를 관찰하는 반사고에너지전자회절(RHEED) 데이터 수집 파이프라인과 6종의 분석 모델이 적용됐다. 결정 구조를 측정하는 엑스선회절분석(XRD) 자동화와 MBE 장비의 작업 수행을 자동화하는 MRA(MBE Run Automation) 기술도 포함됐다.
회사가 제시한 단계 기준으로는 AI 정량 계측이 레벨 1·2, AI 판단 기반 공정과 자동생산이 레벨 3에 해당한다. 아이브이웍스는 현재 다음 단계인 레벨 4 자율 공정 운영을 추진하고 있다. 미리 정한 조건에 따라 장비를 움직이는 자동생산에서 공정 상황을 AI가 해석하고 대응 방법까지 결정하는 구조로 전환하는 과정이다.
아이브이웍스는 심사 과정에서 시스템을 외부 솔루션에 의존하지 않고 자체 개발·운영한 기술 내재화 역량을 높게 평가받아 사업 우수 사례로 선정됐다고 설명했다. 회사는 3억3000만건 이상의 시계열 데이터와 30TB 이상의 RHEED 데이터를 보유하고 있다.
자동생산에서 스스로 판단하는 공정으로 전환
이번 프로젝트의 핵심은 DOMM에 AI 에이전트와 설비 자동화 기능을 추가하는 것이다. AI 에이전트가 박막 성장 과정의 이상 징후를 조기에 감지하고 공정 데이터를 분석해 필요한 대응과 장비 제어를 수행하도록 개발한다.
아이브이웍스는 이를 활용해 야간과 주말의 무인 공정 운영을 강화하고 설비 비가동시간을 줄일 계획이다. 프로젝트 목표는 양산 설비 가동률을 기존 84%에서 89%로 5%포인트 높이는 것이다. 운영 인력도 장비 1대당 1.5명 수준으로 효율화해 생산에 투입되는 공수를 줄인다는 구상이다.
가동률 5%포인트 상승은 별도의 장비 증설 없이 실제 생산에 활용할 수 있는 시간을 늘리는 효과가 있다. 여기에 이상 탐지의 정확도와 AI 판단 과정의 추적성, 긴급 상황에서의 사람 개입 절차, 품질과 수율의 안정성이 함께 확보돼야 자율공정의 성과가 양산 경쟁력으로 이어질 수 있다.
GaN 에피웨이퍼는 기판 위에 질화갈륨 결정층을 성장시킨 소재로 5G·6G 통신, 능동전자주사식위상배열(AESA) 레이더, 광 인터커넥션 등에 활용된다. 고출력과 고주파, 고온 환경에서 성능을 유지할 수 있어 통신·방산·전력반도체 분야의 핵심 소재로 꼽힌다.
이번 사업을 총괄하는 노홍균 아이브이웍스 최고정보책임자(CIO)는 “올해부터 질화갈륨 에피웨이퍼 양산을 확대하는 시점에 AI 자율공정을 결합해야 품질과 납기, 원가를 동시에 차별화할 수 있다”며 “이번 사업을 통해 공정의 완전 자율화를 앞당기고 화합물 반도체 파운드리 분야에서 글로벌 표준을 제시하겠다”고 말했다.
아이브이웍스의 다음 과제는 DOMM이 실제 양산 과정에서 발생하는 설비 상태와 원재료, 공정 조건의 변화를 얼마나 안정적으로 처리하느냐다. 목표한 설비 가동률과 인력 효율을 달성하면서 품질·수율을 유지한다면 자체 AI 시스템은 GaN 에피 파운드리의 납기와 원가 경쟁력을 높이는 기반이 될 수 있다. 축적한 자율공정 기술을 다른 화합물 반도체 소재와 생산장비로 확장할 수 있는지도 향후 성장 가능성을 판단할 기준이 될 전망이다.
The post 설비 가동률 84%를 89%로 높인다…아이브이웍스가 GaN 생산의 자율공정 구축 appeared first on 벤처스퀘어.