바이든의 방한을 보셨나요? - 반도체 섹터 산업리포트

<반도체장비 바이든의 방한을 보셨나요?> 리포트 표지

 

Part1. MI(Metrology &Inspection), 투자 기회는 열려있다.

 

  2020년 기준 반도체 산업에서 MI의 비중은 약 10%에 불과했다. 이에 20년 이후 활발히 도입된 EUV 등으로 미세 패턴 공정과 3D NAND 스택의 증가가 빠르게 이루어졌으나, 대부분의 경우에서 결함을 수반하게 되었고, 이는 개발 시간 소요와 제품 수율의 저하를 야기시켜, 이를 줄여줄 수 있는 검사·계측 공정이 더욱 중요하게 인식되고 있다.
  중국 반도체 굴기 정책 등 여러 글로벌적 수요에 힘입어, 전공정 제어 계측 분야의 규모는 2025년에는 4조 원 정도 성장할 것으로 전망되고 있다.
  검사·계측 공정에서 고해상도 기술을 적용할 때, 측정 속도를 높이면서 고속 장비에서의 해상도를 높이기는 어려운  단점이 있다. 이를 해결하기 위해 두 가지 방식을  믹스 앤 매치하면서 크리티컬 한 결함 파악이 더 용이해지고 있다.

■  품질관리를 위한 검사장비 : 검사속도 및 불량 검출 강도에 따라 구분
  1. E-beam 검사장비   
  2. 광학검사장비(글로벌 점유율) : 다크필드(40%), 브라이트 필드 (50%), 매크로(10%) 검사장비로 구분된다.
    ① 브라이트필드 검사 : 다크필드에 쓰이는 빛보다 파장이 짧아  높은 해상력과 검출 감도 있음. 주로 미세패턴 결함 검사에 사용. 낮은 처리량 문제로 대량 검사에는 적합하지 않음. 미국 KLA, AMAT에서 점유율 차지하고 있다.   
    ② 다크필드 검사 : 속도가 빠르지만, 상대적 검출 감도가 낮다. KLA(93%), 넥스틴(3%) 점유율 차지하고 있다.       
    ③ 매크로 장비 : 공정상 마이크로 단위의 오염이나 불량 모니터링에 활용. 대량 검사에 주로 활용된다.

■ 국내외 반도체 펩에서는 브라이트 필드와 다크필드 장비를 약 3:7로 운영 중이다.
  1. 다크필드 : 화학 기계적 평탄화(CMP), 이온주입 및 증착공정에 주로 사용된다.
  2. 브라이트필드 : 노광, 식각 공정에서  주로 사용된다.

  NAND의 경우에는 3D NAND 플래시의 적층 단수가 상승하면서 내부에 숨어있는 결함을 끄집어내는 것이 더욱 어렵게 되었다. 3D NAND 공정 시 웨이퍼 표면과 웨이퍼 표면 아랫부분 모두에서 결함이 생긴 여부를 확인해야 하는데, 웨이퍼 하단에 살짝 묻어있거나 표면 아래쪽의 결함을 알아내는 데에는 한계가 있다.
  이런 제한사항을 극복하기 위해 TSOM이라는 기술이 부각되고 있고, 이 기술을 사용한 장비가 넥스틴에 의해 사용될 예정이다.
  일반적인 TSOM 기반 측정은 라이브러리 매칭 방식을 활용한다. 이 방식은 대상의 특징을 잘 표현하는 데이터들이 필요하며, 이를 위해 특성 추출 알고리즘을 직접 설계해야 하며, 최적의 파라미터를 계발하기 위한 노력이 필요하다는 아쉬움이  있다.
  이에 넥스틴은 이 점을 개선하기 위해 회귀모델을 활용하여 영상에서 촬영된 물체의 규모를 예측하는 방식을 채택했다고 한다. 이를 통해 다중 3D NAND 증착 시 기존 광학 방식으로 확인하기 어려운 결함 발생 부분과 TSOM 기술( TSV와 같이 깊게 식각 하는 공정 시 형상의 정확도 파악을 위함)을 적용한 광학 검사 장비를 적용하여 결함 검사가 가능해지게 된다.
  기존 반도체 업체들은 3D NAND 이외에도 기존 DRAM에서는 절대 나타낼 수 없던 정보량을 구현 가능한 HBM을 선택하는 추세이며, HBM에 TSV를 도입하면 패키지 크기를 줄이고, 성능을 높이며, 스케일링을 통한 가격 경쟁력 확보할 수 있게 되었다.

 

Part2. 원자현미경 시장도 확대되고 있다 - 특히 GAA 공정에서 많이 쓰일 것

 

  반도체 제조공정은 크게 웨이퍼 제조공정과 반도체 제조공정으로 나뉜다. 이 중 반도체 칩 제조공정에서는 최근 3D 구조인  FinFet 및 GAA, 고 종횡비(Har) 공정 채택이 증대되고 있기 때문에 반도체 분야에서의 결함 분석과 공정을 계측하는 데 있어, 원자현미경(AFM)의 채택이 증대되고 있다.

  글로벌 원자현미경 시장은 현재 약 3000억 원 규모이고, 2025년까지 7800억 원으로 연평균 약 6% 이상의 성장을 예상한다. 글로벌 주요 업체로는 미국 Bruker, 우리나라 파크시스템스가 있다.

  원자현미경은 작은 막대 모양의 캔틸레버의 공진 주파수를 계산하여 시료의 구조를 확인하는 장비로, 일반 현미경과 달리 촉각을 크게 높이는 것으로 물성이나 전기적, 기계적, 열전도적 성질, 액상에서의 이미징 등을 구현할 수 있다.

* 원자현미경 기술은 비파괴 기술로 적용 분야는 3곳이다.
 1. 가공 전 웨이퍼에 대한 표면 거칠기 검사를 통해  평탄 여부를 나노미터 수준의 결함 확인
 2. CMP(화학 기계적 연마)가 완료된 후 웨이퍼 기판 표면에 대한 결함 검사.
 3. 식각 공정 이후의 돌출된 회로 표면, 옆면 등 측정하여 회로 간 거리 균일 유무, 거칠기 이상 유무 등 분석에 적용.

  특히 GAA기반의 적층  나노시트 FET가  3nm 이하에서 기존의 FinFET 공정을 보완, 궁극적으로는  대체할 예정인데, 여기에 AFM가 많이 적용될 가능성이 매우 높다. 나노시트 기반 GAA는 실리콘 기반 SiGE(실리콘-게르마늄)과 Si(실리콘)을 교대로 층층이 쌓는 에피성장 다음 핀 형성, 내부 스페이스, 소스-드레인, 고유전율 메탈 재료 증착 등의 순서로 만드는데, AFM을 적용하여 에피 성장 문제를  모니터링할 수 있게  되었고, 더 좁은 피치(회로선폭)에서의 결함을 잘 파악할 수 있다.

 

Part3. MI(Metrology &Inspection), 게임 체인저가  될 것

 

  향후 검사·계측의 형태는 측정된 데이터를 통해 결함의 원인을 알아내는 모니터링을 거쳐, 결함을 분석하게 되는데, 그 결함 또한 예측하는 단계까지 확장되면서, 전체 반도체 공정에서 큰 비중을 차지하게 되면서, 게임 체인저로서의 역할을 하게 될 것이다.

 

리포트에 대한 개인적 의견

 

  이 리포트에서는 위의 내용 이후 우리나라 주요 업체로 넥스틴과 파크시스템스를 제시하고 있다. 먼저 넥스틴의 투자 관점의 핵심은 미중 반도체 전쟁의 최대 수혜를 볼 수 있으며, 자이시스 인수를 완료하면, 포트폴리오 다변화로 인한 프리미엄이 기대되는 부분을 이유로 들고 있다.

  하지만 반도체 전쟁을 수혜로 볼 수 있을지 여부는 향후 정책의 변화에 따라서 바뀔 수 있는 부분일 수도 있고, 글로벌 경쟁업체인 KLA와 히타치의 점유율과 간극이 많아 그 수혜를 누릴 수 있을 지에 대한 확신이 서지 않는다.
  반면 파크시스템스는 삼성이 비메모리의 핵심으로 진행하고 있는 GAA기반의 3nm 공정에 이미 대응하고 있는 장비이며, AFM 사업에서 글로벌 경쟁자인 미국 Bruker보다 더욱 좋은 성능을 갖춘 것으로 알려져 있는데, 최대 1nm까지 대응할 수 있다고 한다.

  또한  2H22부터 신규 AFM기반 EUV 마스크 리페어 장비 양산 시 독일 Zeiss, 미국 Bruker에 이어 글로벌 기업으로 도약할 가능성이 있다고 본다.

  영업이익 흑자 전환과 원자현미경 및 신규 장비 EUV 마스크 리페어 장비 납품 등 긍정적인 일정이 이어지고 있고, 넥스틴과 마찬가지로 중국향 펩 증설이 계속해서 발생할 가능성도 있다. 또한  2Q22 납품 수주잔고는 6월 기준 800억 원으로 역대 최고치를 갈아치우며, 드라마틱한 실적 우상향이 예상된다.
  별도 확인 사항으로 6월 중순 이후 기관 매입이 지속적으로 이루어지고 있으며, 주식 수 약  695만 주에 시가총액 6,771억 원으로 무상증자 또는 액면분할이라는 주주친화 정책을 기대해 볼 수도 있는 종목 아닐까 생각한다.