반도체 전공정 장비주 3대장 정리

반도체 장비주의 투자가치를 평가할 때 가장 중요하게 봐야 할 세 가지 포인트는 해당 장비가 많이 쓰이고 반드시 필요한 장비인지, 기술 변화의 트렌드에 부합하는지, 경쟁자가 적은 지의 여부입니다. 오늘은 이 세 가지 기준을 모두 충족하는 기업으로 넥스틴, 파크시스템스, HPSP에 대해 정리해 보고자 합니다. 

 

넥스틴

넥스틴은 계측장비를 만드는 반도체 장비업체 중 하나입니다. 계측장비는 웨이퍼 패턴에 결함이 있는지 검사하는 장비를 말합니다. 반도체 전공정 중에 발생하는 결함 1위가 웨이퍼 패턴 결함으로 알려져 있는 만큼 정확한 계측은 반도체 수율과 직결되는 문제입니다. 계측장비는 결함 없는 웨이퍼 이미지와의 반복 비교하는 방식을 통해 결함을 검출해 냅니다. 이러한 웨이퍼 검사는 반도체의 거의 모든 공정 이후에 매번 시행되므로, 계측장비는 반도체 공정에 있어 필수적인 장비라고 할 수 있습니다.

 

계측장비는 광원과 용도에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다. 하나는 극자외선 (266nm) 반사광을 이용하는 Bright-Field tool이고, 다른 하나는 자외선 (355nm) 산란광을 이용하는 Dark -Field tool입니다. 전자의 경우 검출 감도가 높아 중요 공정 모니터링에 사용되지만 검사속도가 느리고 장비가격이 상대적으로 고가입니다. 제조기업은 두 곳이 있는데, 미국의 KLA와 Applied Materials입니다. 다크 필드의 경우 검출 감도는 떨어지지만 검사속도가 빨라 일반 공정과 장비 모니터링에 활용됩니다. 상대적으로 장비가격이 저렴하다는 장점이 있습니다. 대표기업으로는 KLA, 넥스틴, 일본의 Hitachi가 있습니다.

 

현재 넥스틴의 국내 다크 필드 시장점유율은 메모리 반도체 10%, 파운드리 5% 수준입니다. KLA의 경우 국내 메모리와 파운드리 분야에서 각각 10%, 95%로 압도적인 점유율을 보이고 있습니다. 다만, 최근 KLA의 대 중국 수출이 막힘에 따라 넥스틴이 중국 수주를 가져옴으로써 반사이익을 누리고 있습니다. 넥스틴은 현재 다크 필드 제품만 판매 중이나, 브라이트 필드 제품의 개발 또한 진행 중에 있습니다. 

 

반도체 공정의 미세화 진행에 따라 계측장비의 이용은 점점 더 확대될 것으로 기대됩니다. 미세화로 인해 공정의 난이도와 공정 스텝수가 증가함에 따라 수율 관리의 중요성이 커질 것이므로, 이에 따른 계측의 중요도 또한 확대될 것이기 때문입니다. 단적인 예로, 65 나노 공정시 계측장비의 사용 비중은 50%이지만, 7 나노의 경우 70%까지 올라가는 것으로 알려져 있습니다.

 

향후 넥스틴의 국내 점유율 향상과 꾸준한 중국 수출 여부를 모니터링하는 것이 매출 추이를 알아보는데 도움이 될 것으로 기대합니다. 2023년 4월 초 현재 기준, PER, PBR 기준 밸류에이션 모두 바닥으로 보입니다. 

넥스틴 과거 3년 PER, PBR 밴드 그래프

  

파크시스템스

파크시스템스는 원자현미경 (AFM, Atomic Force Microscopy) 제조업체입니다. 계측장비와 마찬가지로, 원자현미경은 반도체 공정 곳곳에 투입되어 결함을 찾아내는 역할을 담당합니다. 공정 이전의 웨이퍼, 공정 장비, 웨이퍼 패턴, 마스크 등에 결함은 없는지를 확인합니다. 파크시스템스는 원자현미경 이외에 EUV 마스크 리페어 장비 또한 제조합니다. EUV 마스크 리페어 장비는 EUV 마스크의 결함을 발견함과 동시에 제거하는 기능을 담당합니다. 

 

전자현미경은 주사전자현미경 (SEM), 투과전자현미경 (TEM), 원자현미경의 3가지로 분류할 수 있습니다. 이 중 원자현미경은 분해능이 가장 뛰어나다는 장점이 있습니다. 또한 공기, 진공, 용액 안에서도 사용 가능하고, 시료 준비과정이 필요 없으며, 정량적 입체정보 측정이 가능한 등의 독보적인 특징을 가지고 있습니다.

 

현재는 전자현미경 시장 규모가 40억 달러로 원자현미경 시장 4억 달러에 비해 10배나 더 큰 상황입니다. 하지만 반도체의 공정의 미세화가 진행됨에 따라 앞서 이야기한 원자현미경의 장점을 바탕으로 시장 점유율이 점차 확대될 것으로 기대합니다. 원자현미경 글로벌 시장 점유율 1등 업체는 BRUKER로 25~30%를 차지합니다. 파크시스템스의 경우 15~20% 시장점유율로 그 뒤를 바짝 쫓고 있습니다.

 

파크시스템스의 원자현미경은 BRUKER의 제품보다 더 나은 경쟁력을 가진 것으로 평가됩니다. 특히, 파크시스템스는 세계 유일한 비접촉 모드의 원자현미경을 생산하는데 말 그대로 탐침과 시료의 접촉 없이 측정이 가능합니다. X-Y 스캐너와 Z 스캐너가 분리되어 독립적 조절이 가능함에 따라 시료의 손상이 없고 탐침의 수명이 증가하는 효과가 있습니다. 스마트 스캔 기술로 자동검사가 가능하며, 미세공정, 특히 GAA 공정에 필수적입니다.

 

미세공정에의 적용에 대한 예로 하이브리드 본딩 기술을 들 수 있습니다. HBM (High Bandwidth Memory)이 적층 되는 하이브리드 본딩의 경우 층마다 크기 10㎛의 구리패드가 들어가는데 굉장히 정밀한 계측이 필요한 작업이기 때문에 원자현미경이 활용됩니다.

 

원자현미경의 쓰임은 반도체 공정뿐만이 아니라 여러 가지 연구활동에도 필수적인 만큼, 파크시스템스의 고객사는 삼성전자, SK하이닉스 등의 반도체 제조사와 미국의 NASA, 스탠퍼드 대학, 하버드 대학 등의 연구기관 등으로 다변화되어 있습니다. 무엇보다도 반도체 공정에의 도입 증가율이 얼마나 빠르게 진행되는지의 여부가 주가의 향방을 결정할 것으로 생각됩니다. 2023년 4월 현재 PER은 낮지만 PBR은 중간 이상입니다.

파크시스템스 과거 3년 PER, PBR 밴드 그래프

 

HPSP

HPSP는 고압수소어닐링 장비를 전 세계에서 유일하게 생산하는 회사입니다. 고압수소어닐링 장비는 높은 압력으로 수소의 화학작용을 유도하여 웨이퍼의 계면 결함을 전기적으로 비활성화시키는 역할을 합니다. 이러한 처리를 통해 반도체 트랜지스터 구동전류 및 집적회로 성능이 10~15% 향상되는 것으로 알려져 있습니다. 

 

반도체 증착 공정 중 박막이 너무 얇음으로써 발생하는 전류 누설을 방지하기 위해 High-K 소재를 많이 사용합니다. 하지만 이럴 경우 웨이퍼 계면에 결함이 생기는 큰 문제가 발생합니다. 계면 결함으로 인해 구동전류, 회로동작 속도, 전자 이동이 모두 감소되기 때문입니다. 이러한 모든 문제점에 대한 솔루션을 제공하는 것이 바로 고압수소어닐링 장비인 것입니다.

 

기존의 어닐링 장비는 수소 농도가 4% 미만이어서 계면 결함을 비활성화시키기에는 한계가 있었습니다. 또한 반도체 집적 회로 특성에 악영향을 주는 고온환경이 만들어진다는 단점 또한 안고 있었습니다. 반면에, HPSP의 고압수소어닐링 장비는 100% 수소로 초고압 환경을 구현함으로써 상대적으로 낮은 온도에서 계면 결함을 비활성화시킴은 물론 전자 이동도 저하 문제를 개선하고, 트랜지스터 성능도 향상합니다.

 

반도체 공정 미세화 진행에 따라 High-K의 적용이 중요해지는 만큼, 고압수소어닐링 장비의 중요성 또한 높아질 것으로 판단됩니다. 현재 HPSP가 고압수소어닐링 장비 관련 다수의 특허를 가지고 있고 양산 전 장비 테스트 기간만 4년이 걸리는 것으로 알려져 있어 진입장벽이 높은 업종으로 판단됩니다. 2022년 7월 상장한 기업으로 PER, PBR 밴드로 밸류에이션을 판단하기는 어려우나 최근 반도체 소재, 부품, 장비 기업의 주가 상승 분위기와 함께 HPSP 주가 또한 상승세인 것으로 판단됩니다.