삼성전자 역시 최근 Advanced Packaging 투자에 박차를 가하고 있다. 2018 년말에는 패키지 제조 및 연구조직을 통합했으며 2022 년에는 DS 부문 내 AVP(Advanced Package)팀을 신설하며 TSMC 출신의 전문가를 해당 팀의 부사장으로 영입했다. Advanced Packaging 영역에서는 이종 칩의 결합, 이를 하나의 통합 시스템에 담아 성능과 수율을 높이는 것이 핵심이다. FO, TSV, SiP, 3D stacking, bumping, interposer 등 여러 기반 기술에 대한 노하우와 투자가 필요한 고부가 영역에 진입하고 있다. 삼성전자도 2.5D 패키징, 3D 적층 패키징에서 성과를 보이고 있다

하지만 후발 업체와 선두 업체인 TSMC, Intel, 주요 OSAT 3 사와 Advanced Packaging 영역에서의 격차는 상당한 것으로 알려져 있다. 향후 반도체 산업의 주도권이 후공정 단에서 좌우될 것이기에 투자를 줄이거나 늦출 가능성은 희박하다. 삼성전자 역시 후공정, 특히 Advanced Packaging 에 대한 투자가 집중될 것이다. 물론 메모리 업황이 꺾인 상황에서 공격적인 투자에 대한 이야기를 꺼내기는 쉽지 않다. 

그렇지만 이런 시기일수록 효율적인 투자에 대한 명분은 커지기 마련이다. 그 첫번째 타겟은 후공정 외주화 정책일 것으로 생각한다. In-house 에서는 고부가 후공정에 대한 필요성이 커지게 되는 동시에, 범용 후공정에 대한 외주화는 더욱 적극적으로 나타나며 효율적인 비용 집행에 중점을 둘 것으로 예상한다. 삼성전자 기준 메모리의 외주화는 이미 시작 되었고 CIS, AP, DDI, RF 등 외주 비중도 점차 늘어날 것으로 보이며, SK 하이닉스 역시 최근 하나마이크론과의 계약 건을 비춰봤을 때 메모리 외주화에 대한 속도가 점차 높아질 것으로 생각 한다. 국내 OSAT 관련 업체의 물량 확대에 대한 기대가 커질 수 있으며 하나마이크론, SFA 반도체, 엘비세미콘, 두산테스나, 네패스 수혜가 중장기적으로 기대된다.

과거 CAPEX 상승 사이클에서는 전공정 장비, 파츠 → 소재 → 메모리 OSAT 순으로 모멘텀이 발생했으나 이번 사이클의 경우, 수요에 대한 불확실성이 크고 완제품 재고뿐 만 아니라 재공 재고도 상당하다는 점에서 역순이 될 가능성이 크다. 이와 관련하여 당사 하우스에서는 OSAT 업체 중 하나마이크론, 반도체 패키지기판 업체 중 대덕전자와 심텍을 선호한다.

CAPEX의 구조적 증가에 따른 투자 컨셉과 선호 업체

1) Advance Packaging 투자 강화에 따른 메모리 및 범용 로직칩의 외주화 물량 확대

→ 하나마이크론, 대덕전자, 심텍

2) 2024 년 삼성전자 투자기조 변화

→ 원익 IPS, 유니셈, 원익머트리얼즈, 솔브레인, 하나마이크론

3) 업황 회복: 비메모리 > 메모리

→ 리노공업, ISC, 한미반도체, HPSP

4) 선단 공정 수혜

→ 에스앤에스텍, 케이엔제이, 레이크머티리얼즈, HPSP, 하나머티리얼즈, 파크시스템스

선단 공정 도입에 따른 영향 

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EUV : 채택 레이어수 증가  

- 삼성전자, 14nm DRAM 5 개 레이어 EUV 적용

- SK 하이닉스, 1anm DRAM 1 개 레이어 EUV 적용

- 수혜제품 영역 : EUV PR, EUV Pellicle, EUV Blankmask, EUV Photomask Repair 장비 

High-K : Capacitor, HKMG 

- 삼성전자, HKMG 기반 DDR5 상용화

- SK 하이닉스, HKMG 기반 LPDDR5 개발 완료

- 수혜제품영역 : 프리커서(Zr, Hf), 고압수소 어닐링

NAND적층 : 200단 이상

- 삼성전자, 236단 양산. 2030년까지 1000단 개발 목표

- SK 하이닉스, 238단 양산 준비

- KIOXIA, 218단 샘플 출하

- 마이크론, 232 단 양산

- 수혜제품영역 : 불산계, 인삭계 식각액, 프리커서(HCDS), 제논가스(Xe), 적층 검사 장비

HPSP

1) 고압 수소 어닐링 장비의 연간 구매 TAM: DRAM 1c 도입이 본격화될 2026년 고압 수소 어닐링 장비의 구매 TAM은 올해 대비 3배 이상 늘어날 것이라 생각한다. DRAM과 NAND모두 계면 결함 치유 효율성 확대를 위해 고압 장비를 활용해야 할 당위성이 커지고 있고, 10nm 이하 로직/파운드리 공정 투자로 장비 수요는 지속 증가할 것으로 예상된다. 스텝 수 확대 효과가 나타날 시, 추가적인 업사이드도 존재한다. 관건은 점유율이다.

2) 경쟁사 진입 가능성: 일부 업체의 진입 가능성이 제기되고 있으나, 당장의 점유율에 미칠 영향은 크지 않다. 안전인증과 퀄 테스트 기간 감안 시, 추가 고객사 확보엔 시간이 필요하다. 그만큼 장비에서의 선점효과는 깨기 어렵다. 고압과 100% 수소 농도를 컨트롤할 수 있는 기술적 기반(장비 내부 디자인, 이중 챔버 기술 등)도 HPSP의 특허로 보호되고 있기에 특허 이슈 또한 해결해야 한다. 경쟁사의 시장 진입을 무한정 막기는 어렵다. 다만, 독점 프리미엄이 깨지는 시점이 지금은 아니라 생각한다

3) 남은 Catalyst: 고압 어닐링 장비 고객사 확대와 산화막 장비 개발이 남은 Catalyst이다. 

기술: 고객사 확대 + 스텝 증가 가시성 

- 스텝 증가 가능성: 현재 DRAM과 NAND 모두 1개 고객사에서 활용하고 있으며, 10K당 1.5대의 장비가 납품되고 있는 것으로 추정된다. 고객사와 기여 스텝 수 모두 증가할 가능성이 높다. NAND의 경우, 적층 단수가 200단 이상으로 확대되며, 층 간 간격이 보다 미세화되고 있고, 칩의 신뢰성 향상을 위해 전공정 끝단뿐 아니라 중간 지점에서 계면 결함을 치유해야 할 필요성이 커지고 있는 것으로 추정된다. DRAM의 경우, High-K가 적용되는 Capacitor로의 스텝 확대 가능성이 존재한다

- 고객사 확대 가능성: NAND를 시작으로 고객사 확대가 나타날 개연성이 높다는 생각이다. 유전체 간의 접점 영역에서 발생하는 Defect가 칩의 신뢰성 저하 이슈로 이어질 수 있으며, 품질 개선을 위해 고압 수소 어닐링 장비를 활용하려는 움직임이 일부 있는 것으로 추정된다

고압 수소 어닐링 장비 시장은 얼마나 커질 수 있을까? 

1) DRAM TAM

• 1a, 1b: 기존 고객사만 활용한다고 가정했다.

• 1c: DRAM 3사가 모두 장비를 활용하는 시점은 DRAM 1c부터 일 것으로 가정했다.

2) NAND TAM: 2024년 1개 고객사가 추가될 것으로 예상한다. 보수적 추정을 위해 2개 고객사향으로만 2026년까지 진입을 할 것으로 가정했다.

3) Logic/Foundry: 메모리반도체 대비 성장성은 다소 떨어진다고 생각한다. 10nm 이하 미세공정 투자확대에 따른 수혜가 지속 나타날 것으로 예상되나, 추가 고객사 확보 가능성은 추정에서 배제했다.

4) 고압 산화막 장비: 2023년 상반기 On Site 테스트 진행 후, 2024년부터 매출이 발생할 것으로 예상된다. 10K당 장비 수요는 기존 고압 수소 어닐링 장비와 유사할 것으로 예상되며, 3nm 이하 미세공정향 대응 라인업의 확대로 단위투자당 매출액이 2배 이상 커질 것으로 예상한다.

넥스틴

- 반도체 소재: 삼성SDI 외 추가 고객사를 확보한 것으로 추정된다. 소재 스펙의 향상으로 소재 테스트 시, 웨이퍼 상 파티클 혹은 패턴 결함이 나타나는지 테스트를 할 필요성이 부각되었고, 해당 부분에서 넥스틴의 웨이퍼 패턴 결함 검사 장비의 활용성이 높아지고 있다. KLA 장비 대비 가격 메리트가 존재하고, CS에서의 강점도 가져갈 수 있어 넥스틴의 시장 진입 확대 가시성이 높다는 판단이다. 검사장비 특성 상, 초기 공급 물량은 크지 않을 수 있으나, 저변 확대에 보다 주목할 필요가 있다.

- 디스플레이: Micro OLED용으로 웨이퍼 패턴 결함 검사 장비가 활용될 수 있다고 생각한다. Micro OLED는 마더글래스 대신 실리콘 웨이퍼를 기판으로 활용하기에 반도체 팹 공정이 결부될 수밖에 없고, 미세 픽셀의 Defect 검출에 있어 패턴 결함 검사 장비의 활용성이 부각될 수 있다

- 웨이퍼 정전기 제거 장비: 기존 웨이퍼 정전기 제거 장비(이오나이저)와 달리, 내부에 생기는 보다 미세한 정전기를 제거하는 데 기여하는 장비이다. 공정 미세화로 정전기 제거의 난이도는 높아지고 있고, 웨이퍼 내부에 있는 제거되지 못한 정전기가 수율 악화로 이어질 리스크가 부각되고 있다. 현재 국내 고객사와 테스트 중인 것으로 추정된다. Dark Field 장비를 넘어 전공정의 미세화에 기여할 수 있는 장비 라인업의 확보는 밸류에이션에 프리미엄을 부여할 수 있는 기반이다

- 로직/파운드리: 2018-2019년 CMOS Image Sensor향 장비 공급 레퍼런스를 기반으로 PMIC, DDIC 등으로 활용 범위를 넓혀갈 가능성이 있다고 생각한다

- 메모리반도체: 단기적으로는 일본 고객사향으로 고객사 확대가 나타날 가능성이 있다. 현재 일본 고객사향으로 장비 테스트를 진행하고 있는 것으로 추정된다. 업황이 어려운 만큼 Capex의 효율적 집행이 필요하고, 요구 스펙을 맞출 수 있다면 가격이 장비 선택의 가장 큰 주안점이 될 가능성이 크다. KLA 장비와의 성능 격차가 크지 않고, Dark Field 장비의 경우, 일반 공정(노광, 식각, 증착 등 중요 공정 외)에 활용되는 만큼 가격 메리트가 신규 진입에 보다 부각될 수 있다는 판단이다. 연내 진입 가시성이 높다고 생각한다.

하나머티리얼즈

밸류에이션이 과거 대비 높아져야 하는 명분도 충분하다고 생각한다. 일본 경쟁사의 보수적 증설 기조 속, 아산 2공장 선제 준공을 통해 하나머티리얼즈의 부품 물량 대응 역량이 보다 주목받을 수 있다. 주력 고객사향 맞춤형 부품 양산으로 SiC 링 점유율이 올라가고 있는 점도 고무적이다. 이는 다음 사이클에서 더 큰 성장을 기대할 수 있는 기반이다. 국내에 반도체 공장이 계속 지어지고, 실리콘 부품 활용이 지속된다면, 중장기적인 실적 우상향을 그려갈 수 있는 기업이라 생각한다

지난 다운사이클과 다른 점: 가장 큰 차이점은 SiC 링의 성장과 고객사 다변화 효과에 있다고 생각한다. 지난 다운사이클(2019년)에서 하나머티리얼즈의 단일 고객사 의존도는 81.2%로 절대적이었고, 실리콘부품 단일 사업부문만을 영위했다. 지금의 하나머티리얼즈는 그 당시 대비 나은 환경에 놓여 있다는 판단이다. 하이브리드 링, SiC 링 등 고객사 맞춤형 부품군을 기반으로 주력 고객사 내 SiC 링 점유율을 꾸준히 높여가고 있고, 향후 시안과 평택 등으로 확산 시, 추가 이익 성장을 기대할 수 있다. 북미 고객사로의 다변화로 낮아진 주력 고객사 의존도도 밸류에이션에 감안해야 할 요소 중 하나이다

감산은 분명 이익에 부정적이다. 제조사의 상황이 어려우면 밸류체인에 가해지는 단가 인하 압력도 거세지기 마련이다. 모든 메모리 업계가 대규모 적자에 직면해 있고, 추가 감산리스크가 만연한 현 시점에서 이익의 저점을 논하기 어려운 이유이기도 하다. 다만, 2-3분기 내 감산에 따른 이익 하락이 일단락되고, 재차 Recovery에 나설 수 있다면, 이제는 당장의 손익보다 앞으로의 이익 회복력에 보다 투자의 주안점을 둘 필요가 있다

준비된 자, 보다 강하게 나타날 반등: 아산 2공장 신축으로 부품의 추가 오더를 기대할 수 있는 기반이 마련되었다고 생각한다. 일본 경쟁사들은 여전히 보수적인 증설 기조로 물량에 대응 중이며, 공정 미세화와 적층단수 확대 속, 부품의 교체주기는 지속 짧아지고 있다.

당장은 감가상각 등의 비용 부담이 일부 있겠으나, 그 강도는 크지 않다. 설비 반입은 업황에 맞춰 진행할 예정이며, 건물에 대한 상각 부담도 40년 상각 가정 시 연간 20-25억원 수준으로 크지 않다. 이익규모를 감안 시, 충분히 감내할 만한 수준이다. 선제적인 증설로 강한 반등 장세를 만들어낼 기반을 마련했다는 점은 향후 5년간 초과성장을 가능하게 할 기반이다

- 동사의 러버 소켓 점유율은 80% 이상 / 적용처 비중은 메모리 62%, 비메모리 38% 

- 러버형 소켓의 침투율 증가: 러버형은 전체 시장의 20~30% 수준. FC-BGA는 솔더볼을 사용함. 포고핀 대신 러버형을 써야 손상 방지. 패키징 면적과 소켓 단가는 비례, 대면적 FC-BGA가 쓰일수록 동사 실적이 증가

- 포코핀형에서 점유율 상승: 포코핀이 소켓 시장의 대부분이라 여기도 점유율 확대가 필요함. 22년에 포고핀 사업을 하는 프로웰 지분 인수했는데, 여기를 통해서 경쟁사와 격차 줄이고자 함. 포고핀형으로 확보한 고객사를 러버형으로 전환하도록 유도하는 것은 덤.  

- 러버 소켓은 포고 핀 대비 대량 생산에 용이하며 신호 손실이 거의 없다는 장점이 있지만 아직까지 소켓 시장에서 러버의 침투율은 20~30% 수준에 불과하다

- 솔더볼을 사용하는 BGA 기판의 수요 증가에 따라 러버 소켓의 침투율도 증가할 것으로 예상된다

- 대면적 FC-BGA 수요 증가는 실적 개선에 긍정적 영향을 미칠 전망이다

- 2023년 실적 컨센서스는 매출액 2,103억원(+18%YoY), 영업이익 691억원(+24%YoY)

- 추가적인 주가 상승은 메모리 산업의 업황 회복, DDR5 도입, 러버 소켓의 침투율에 따라 결정될 것이다

Before 시장: 장비업체 직납 시장. 교체수요 발생하지만, 고객사 증설이 매출의 플러스 알파

Before 시장은 장비업체들이 해당 소모품을 사용한 후 문제없이 작동하는 것, 즉 신뢰성이 중요한 시장이기 때문에 퀄을 받기까지의 시간이 최소 1~2년 가량 소요된다. 따라서 동일한 소모품을 생산할 기술력을 확보하더라도 안정적인 양산력 등을 검증 받기까지 오래 걸리기 때문에 진입장벽이 높으며, 장비사에게 퀄을 받아서 납품했다는 것 자체가 레퍼런스가 된다. 이러한 이유들로 Before 시장은 After 시장 대비 단가와 마진율이 높다

After 시장: 칩메이커 직납 시장

After 시장은 워런티 기간이 끝난 소모품을 복제해 칩메이커에 직납하는 시장으로 Before 시장 대비 단가가 저렴하다. 하지만 TAM 관점에서는 고객사의 라인이 늘어나면 늘어날수록 After 시장은 계속해서 커지는 구조이다. 따라서 After마켓은 전체 시장의 Q 성장에는 의구심이 없으나 우려가 되는 것은 단가(P)이다. 지금과 같은 다운턴에서 칩메이커가 단가 인하를 요구할 수 있기 때문이다.

1) 식각: 전공정 소모품 중 가장 빠른 교체주기 

전공정 소모품 중에 교체주기가 짧은건 식각공정에 사용되는 제품들이다. DRAM테크 노드의 미세화에 따른 종횡비 상승, NAND 단수 증가에 따라 플라즈마 주사율을 더 높여야 해 식각 환경이 계속해서 가혹해지고 있다. 즉 교체주기가 계속해서 짧아지고 있다. 타 소모품들은 보통 제품의 수명주기까지 사용되고 교체된다.

식각하고자 하는 대상들은 다양한 물질로 증착이 되어있다. 유전체(절연막, Dielectric)는 어떤 반응으로 생성하는가의 차이가 있긴하나 SiO2가 대부분이다. 유전체 식각은 Si, SiC ring을 웨이퍼 엣지 ring으로 사용한다. 전도체(Conductor) 식각은 유전체보다는 상대적으로 덜가혹한 식각 환경이고, 에칭 시 산소를 활용이 적기 때문에 쿼츠(SiO2) 기반의 소모품을 사용한다. 쿼츠 원소에 산소(O2)가 있기 때문에 산소가 포함될 시, 쿼츠링 마모 속도가 더 빨라지기 때문이다.

Si ring과 SiC ring은 어느 한 타입의 ring이 시장을 잠식하기 보다는 식각환경이 가혹해지면서 함께 성장할 것이다. SiC ring은 플라즈마 식각을 진행하는 과정에서 탄소 파티클이 떨어져 나올 수 밖에 없다. 따라서 메모리, 비메모리를 통틀어 가장 가혹한 식각 환경이라 볼 수 있는 3D NAND의 에칭 홀 형성시에는 수명이긴 SiC ring이 계속 사용될 것으로 예상한다. 반면 횡방향의 미세화가 tech migration의 중심인 DRAM 식각에는 파티클 이슈에서 자유로운 Si ring 사용이 선호될 것이다.

유전체 식각이 전도체 식각에 비해 플라즈마 RF 파워가 더 쎄기 때문에 Si, SiC ring의 교체주기가 쿼츠에 비해 상대적으로 짧다. 현재 다운턴을 지나고 있지만 업황이 돌아서면 Si, SiC ring 수요도 다시 가파르게 늘어날 것이다. Before 마켓의 하나머티리얼즈, 티씨케이, 원익QnC, After 마켓의 월덱스, 케이엔제이의 업황회복 시 수혜를 예상한다. Before 마켓은 After 대비 소모품의 단가가 비싸기 때문에 마진율이 상대적으로 높고, 이로 인해 valuation에 after 마켓 대비 프리미엄을 받는 상황이다.

2) 증착/확산: 거대한 교체 수요가 도래한다 

확산 공정시 웨이퍼를 100장 이상 끼워넣고, 쿼츠 튜브를 씌워주는 과정이 필요한데 이 때 웨이퍼가 꽂히는 소모품이 쿼츠 보트이다. 식각공정처럼 소모품의 마모가 활발히 이뤄지는 공정이 아니기 때문에 3년 정도 후에 교체를 해준다. 2020년 삼성전자/SK하이닉스의 DRAM/NAND 합산 CAPA는 110k 증가했던 것으로 추정하는데, 해당 시기에 나갔던 쿼츠 튜브, 쿼츠 보트의 교체주기가 도래하고 있다. 2021년 삼성전자/SK하이닉스의 DRAM/NAND 합산 CAPA 증가는 205k로 더 큰 교체 수요가 기다리고 있다. 업황과는 무관한 수명이 다한 교체이고, 쿼츠웨어 업체들인 원익QnC, 월덱스 등의 수혜를 예상한다.

3) 부품 세정/코팅 비즈니스: 가동률에 직접적인 영향

세정 비즈니스는 전공정 장비에 들어가는 부품들에 파티클 등 오염물이 붙게되고, 이를 습식 혹은 건식 방식으로 세척해주는 것이다. 세정과 함께 수요가 발생하는 것이 코팅이다. 코팅은 장비에 사용된 부품들이 반복되는 공정에 노출돼 마모되거나 손상된 부분을 코팅해 줌으로써 반도체 제조사 입장에서는 부품 수명 연장으로 비용절감을 가능하게 해준다. 국내에서 세정 비즈니스를 영위하는 업체는 코미코,원익QnC, 한솔아이원스, 싸이노스 등이 있다. 국내에서 코팅 비즈니스를 영위하는 회사는 코미코, 한솔아이원스 등이 있다.

세정/코팅 비즈니스는 기본적으로 고객사의 fab 가동률에 영향을 받기 때문에 전방 업황이 관련 업체들의 실적으로 이어진다. 제품 제조가 아닌 서비스 제공이어서 세정과 코팅을 위한 공장, 장비를 갖추기만 하면 영업 레버리지 효과가 크게 발생한다. 업황 부진으로 인한 실적 부침을 피할 수는 없을 것이나, 주가는 이를 이미 선반영했다는 판단이다. 따라서 고객사 가동률 회복에 따른 코미코의 실적회복을 예상한다

식각은 건식/습식으로 나뉨. 건식: 특수가스 사용 습식: 에천트(식각액) 사용

식각은 건식 식각(Dry etching)과 습식 식각(Wet etching)으로 나뉜다. 건식 식각은 비등방성의 특징 때문에 정밀한 식각이 필요할 때(미세 패턴 구현) 사용된다. 장비에 식각을 위한 특수가스를 주입한 후 플라즈마, 스퍼터링 등 다양한 방법으로 식각하고자 하는 부분을 제거하는 방식이다. 건식 식각에 주로 사용되는 특수가스를 대응하는 국내업체는 SK specialty, 원익머트리얼즈, 티이엠씨, 한솔케미칼, 후성 등이 있다. 습식 식각은 액체인 에천트(Etchant)를 사용해 식각하는 방식으로 정밀한 식각 보다는 높은 선택비를 통한 많은 양의 식각을 필요로 하는 곳에 사용한다. 에천트 제조업체는 솔브레인, 이엔에프테크놀로지 등이다.

NAND: 높이 쌓는 만큼, 많이 깎아야 한다 

삼성전자와 SK하이닉스가 양산 중인 176단은 더블 스택을 채택하고 있고, 삼성전자는 128단까지 싱글스택을 고수했었다. 싱글 스택이든, 더블 스택이든 결국 3D NAND는 단수를 높이며 저장용량을 증가시키는 방향으로 발전 중이다.

3D NAND 단수 증가가 식각 소재업체들에 미치는 영향은 1) 몇 단이 쌓이든 질화막은 고선택비 식각액으로 제거해 주어야 하고, 2) 높아진 NAND 높이를 홀에칭해 줄 특수가스(Xe) 수요가 증가한다는 것이다

질화막 식각에 사용되는 고선택비 인산계 에천트는 솔브레인이 삼성전자와 SK하이닉스에 독점적 지위로 공급 중이기 때문에 지속적인 수혜를 예상한다. 92단 이상 부터는 기존에 사용하던 CF 계열의 특수가스로는 에칭 홀 형성이 어려워 Xe(제논) 가스가 주로 사용되고 있고, 원익머트리얼즈와 티이엠씨가 고객사에 공급 중이다.

GAA 공정은 Si / SiGe의 순차적 증착 및 SiGe 제거 필요

삼성전자가 3nm부터 도입할 GAA(Gate-All-Around) 구조 트랜지스터는 Si,SiGe를 순차적으로 Epitaxial 방식으로 적층하는게 첫번째 공정이다. 이후 산화막(더미 게이트)를 증착시키고 더미 게이트를 제외한 나머지 부분을 건식식각해 준다. 이후 소스와 드레인 형성을 위한 폴리실리콘을 증착해주고, 더미 게이트를 제거한 후 SiGe를 선택적으로 식각해 제거해 준다.

SiGe 증착 소재, 식각 소재 업체들의 수혜 예상 솔브레인의 수혜 폭 클 것

GAA와 FinFET 공정은 결국 Si/SiGe를 Epitaxial 방식으로 적층 해주는지의 여부에서부터 차이가 난다. Epitaxial이란 단결정 격자 상태인 웨이퍼 위에 동일하게 격자 형태로 물질을 성장시키는 것을 의미한다. SiGe층 증착을 위한 프리커서/특수가스를 제조할 수 있는 한솔케미칼, 원익머트리얼즈, 오션브릿지 등의 수혜가 기대된다. SiGe층 식각은 건식 식각과, 습식 식각 모두 다 가능하나 건식 식각의 에칭 속도와 선택비 한계로 초산계(아세트산) 에천트가 사용될 것으로 예상되며 솔브레인과 한솔케미칼의 수혜를 예상한다. SiGe 식각은 아세트산(CH3COOH), 과산화수소(H2O2), 불화수소(HF)를 섞은 에천트를 사용할 것이기 때문이다.

CVD, ALD 장비에 사용된 소재 종류에 따라 절연막(Dielectric), 금속막(전도층)을 형성할 수 있다. 반도체의 절연막으로는 산화막(SiO2)이 주로 사용되는데 형성 방법과 막질의 특성에 따라 다른 프리커서/특수가스가 사용된다. 절연막은 하고자 하는 역할은 비슷하나 사용되는 곳의 특성에 따라 물성, 명칭이 다르다. 웨이퍼 소자 간의 절연 기능을 하는 절연막을 STI(Shallow Trench Isolation), 소자 층 위에 형성된 절연막을 ILD(Inter Layer Dielectrics), 그 위의 금속배선층간의 절연 기능을 하는 절연막을 IMD(Inter Metal Dielectrics)라고 한다.

STI/ILD/IMD에 사용되는 절연막 형성을 위해 TEOS, SiH4, OMCTS 등의 프리커서가 사용된다.

게이트 절연막: 미세화에 따른 Higk-K가 필수 

게이트 절연막은 게이트에 전압이 걸리게 되면 절연막과 접촉하는 웨이퍼에 전하를 응집해주어 소스와 드레인 사이에 전하의 이동 통로인 채널을 만들어 주는 역할을 한다. 절연막이 얼마나 많은 전하를 응집할 수 있는지가 바로 반도체 성능을 결정짓는 요인 중 하나인 정전용량(Capacitance)이다. 또한 절연막은 전하가 새는 현상인 누설전류를 막는 역할을 한다. 누설전류가 많다는 것은 그만큼 칩의 전력 효율성이 떨어진다는 것이다.

높은 정전용량 확보를 위해서는 세가지 조건이 필요하다. 정전용량 공식에 따라 

1) 절연막의 면적이 넓거나 

2) 절연막의 두께가 얇거나 

3) 절연막의 유전율값 K가 높을수록 정전용량이 높아진다. 

선폭 미세화는 채널 길이의 짧아짐을 의미하기 때문에 게이트와 웨이퍼의 접촉면에 형성된 절연막의 접촉 면적도 줄어들 수밖에 없다. 또한 절연막의 두께도 이미 충분히 얇아졌기 때문에 정전용량을 높이기 위해서는 결국 유전율을 높여야 한다.

인텔은 2007년 45nm 제품부터 HKMG 구조 적용을 발표했다. 테크 노드 미세화가 계속됨에 따라 정전용량을 높이면서 누설전류를 줄이는데 한계에 봉착했기 때문이다. 당시 인텔은 HKMG는 기존 SiO2 절연막 대비해서 정전용량이 60%우수하고 누설 전류를 100배 줄이는 효과가 있다고 발표했다

현재 45nm 이하의 트랜지스터 게이터 절연막은 High-K, 그 중에서도 하프늄이 많이 사용되고 있으며 TDMAHf, HfCl4 등 다양한 프리커서가 사용되고 있다. 삼성전자향 게이트 절연막용 하프늄 프리커서는 현재 아데카가 독점적 지위로 공급 중인 것으로 파악된다.

DRAM : Capacitor 하프늄, Peri HKMG 적용, 멀티패터닝용 희생막 EUV 영향 

DRAM Capacitor 절연막용 High-K 물질은 ZrO2(지르코늄)이 주로 사용됐었고, 디엔에프, 레이크머티리얼즈 등이 고객사에 공급 중이다. 한솔케미칼, 솔브레인도 High-K 제품 라인업은 갖췄다. Capacitor 절연막용 High-K 프리커서는 지르코늄과 함께 이제는 하프늄도 같이 사용되고 있다. 테크 노드 미세화로 인해 capacitor가 얇아져 유전율을 더 높일 필요가 있었기 때문이다.

SK하이닉스는 1Znm 부터 Capacitor 절연막용 High-K에 지르코늄과 함께 하프늄을 적용한 것으로 추정되며, 향후 1a, 1b로 넘어가고 선단공정의 비중이 늘어남에 따라 하프늄 프리커서 사용량이 가파르게 늘어날 것이다. SK하이닉스향 하프늄 프리커서는 레이크머티리얼즈가 SK트리켐을 통해서 납품 중이며, 레이크머티리얼즈의 Capacitor향 하프늄 시장 확대 수혜를 예상한다.

DRAM 멀티패터닝용 희생막 수요는 단기간에 급감하진 않을 것

DIPAS, DIMAS 등은 멀티패터닝용 희생막으로 사용되는 프리커서다. 이론적으로는 DRAM의 모든 노광 공정을 EUV로 대체한다면 멀티패터닝용 희생막이 필요없지만 당장은 쉽지 않다. DRAM 공정이 진행되면서 1개 layer에 뭐가 적합한지에 대해 검증이 돼야만 EUV를 도입하는 것인데, 지금도 삼성전자는 5개 Layer, SK하이닉스는 1개 Layer 정도에 EUV를 사용하는 것으로 파악된다. 멀티패터닝용 프리커서는 한솔케미칼, 디엔에프 등이 고객사에 공급 중이다

따라서 멀티패터닝 희생막용 프리커서 시장은 향후 DRAM 노광공정에 EUV를 얼마나 적용 하느냐에 따른 잠식 정도, 그리고 DRAM 출하가 얼마나 많이 되느냐가 성장률을 좌우할 것이다

3D NAND에 사용되는프리커서 제조업체 모두의 수혜 예상

3D NAND의 산화막(SiO2), 질화막(Si3N4) 형성을 위한 프리커서로 HCDS,SiH4 등이 사용되고 있으며, NAND용 High-K에는 Al2O3가 사용되고 있다. HCDS는 덕산테코피아, 디엔에프, 한솔케미칼, 오션브릿지 등이 제조하고 있다. 3D NAND의 Gap-fill에 주로 사용되는 TriDMAS는 한솔케미칼, 레이크머티리얼즈 등이 제조하고 있다. Al2O3 형성을 위한 TMA는 레이크머티리얼즈, 오션브릿지 등이 제조하고 있다.

3D NAND 증착 공정에 사용되는 프리커서를 제조하는 업체들은 NAND 단수 증가에 따른 사용량(Q) 증가로 지속적인 매출 성장이 예상된다. 삼성전자는 현재 7세대 V NAND(176단) 양산을 시작했고, 2024년(8세대) 280단대를 거쳐 2025년(9세대)에는 300단을 건너뛰고 400단대를 양산할 가능성도 있다

반도체 소자 업체들은 HKMG에서 메탈 게이트의 낮은 융점을 해결하기 위해서 더미게이트를 생성하는 방법을 고안해냈다. 메탈게이트의 자리에 폴리실리콘으로 형성된 더미게이트를 채워 넣고 열처리 공정이 끝난 후 더미게이트를 식각하여 메탈게이트를 채워 넣는 방식이다. 이러한 방법을 RMG(Replacement Metal Gate) 또는 Gate Last라고 부른다. RMG는 증착, 식각, CMP, 세정 공정이 더 추가되기 때문에 공정 Step 수 증가에 기인한다.

반도체 소자 업체들이 High-k 유전막을 도입하면서 원자 단위의 두께로 증착 가능한 ALD(Atomic Layer Deposition)에 대한 수요도 증가했다. 기존 SiO2 유전막의 경우 실리콘을 산화시키면 됐지만 High-k절연막의 경우 두께를 최소화하기 위해 ALD로 증착해야 했기 때문이다. 2021년 기준 ALD 장비 시장 규모는 약 27억달러 수준에 달하며 ALD 장비를 생산할 수 있는 국내 업체는 원익IPS, 주성엔지니어링, 유진테크 등이 있다.

채널 길이 단축 및 게이트 폭 증가 -> MOSFET 구조 변화 촉진 

트랜지스터 Drain과 Source 사이에 전하가 움직이는 영역을 채널이라고 한다. 채널이 짧으면 짧을수록 전하가 이동할 거리도 짧아지기 때문에 트랜지스터의 성능이 향상되는 효과가 나타난다. 다만 채널의 길이가 과도하게 짧아지면서 SCE(Short Channel Effect) 현상이 발생하기 시작했다. SCE의 대표적인 예로는 Punch Through와 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering) 등이 있다. 

High-k, SiGe 전구체 수요 증가할 전망 

High-k 소재가 비메모리에 이어 DRAM까지 채택되면서 High-k 유전막과 게이트 전구체 수요는 꾸준히 증가할 것으로 전망된다. 비메모리용 High-k 물질로는 Zr계열 소자가 주로 쓰였으나 최근에는 Hf 기반 High-k 물질이 각광 받고 있다. 반도체 전구체는 특허 문제로 인해 같은 계열의 전구체라도 업체마다 적용되는 공정과 첨가되는 물질이 상이하다. 현재는 Hf 기반에 다른 첨가제를 추가하거나 Hf을 대체할 수 있는 Al, Ta, STO, BST 등의 새로운 물질을 찾는 방향의 개발이 이루어지고 있다. DRAM Capacitor용 High-k 유전막은 ZAZ(ZrO2, Al2O3, ZrO2)구조가 채택되어 왔지만 10nm 이하 공정부터 ZrO2가 결정화되기 어려워지면서 새로운 유전막으로 ZAT (ZrO2 / Al2O3 / TiO2) 소재가 적용될 수 있을 것으로 예상된다. 국내 High-k 전구체 업체로는 디엔에프와 레이크머티리얼즈, 메카로 등이 있다. 

삼성전자가 GAAFET구조의 채널을 형성하기 위한 보조막으로 SiGe를 선택하면서 Ge 전구체 수요가 증가할 것으로 예상된다. 기존 트랜지스터의 drain과 sourse 부분에 성장되는 SiGe와 달리 GAAFET에서는 3~4개의 레이어를 형성해야 하기 때문에 사용되는 양이 더 많을 것으로 추측된다. 다만 현재 파운드리 업체 중 삼성전자만이 유일하게 3nm GAAFET 반도체를 양산하였으며, 수율도 높지 않아 단기적인 수요 증가는 기대하기 어렵다. 삼성전자의 GAAFET 수율 개선, Intel과 TSMC가 GAAFET 구조를 채택하는 시점부터 Ge 전구체 수요가 점진적인 성장을 보여줄 것으로 예상된다. 국내 Ge 전구체 생산 가능한 업체로는 레이크머티리얼즈, 원익머티리얼즈, 오션브릿지가 있다. 

반도체 소자 업체들과 주요 빅테크 업체들의 2023년 CAPEX 감소가 예상되는 상황 속에서 반도체 소재/부품/장비 업체들의 좋은 실적을 기대하기는 어려울 것이다. 다만 향후 DDR5 침투율 확대, NAND 적층수 증가, GAAFET 구조 채용 등이 예상됨에 따라 선단 공정의 수혜를 받는 일부 소재/부품/장비 업체들의 실적은 양호할 가능성이 높을 것이다. 또한 고객사 재고 조정이 완료될 것으로 예상되는 4Q23부터 반도체 업황이 개선될 것이기 때문에 2024년부터 반도체 소재/부품/장비 업체들의 실적도 추세적 반등을 보여줄 것으로 전망된다. 

그렇다면 매크로 환경이 불확실한 2023년에도 주당가치가 상승할 수 있는 모멘텀은 어떤 것들이 있을까? 

① 증착: Si/SiGe 박막, High-k 유전막 증착을 위한 전구체 및 장비, 

② 노광: EUV 채용 본격화에 따른 블랭크마스크와 펠리클, 

③ 식각: 플라즈마 노출도, 농도 증가에 따른 쿼츠 및 SiC 부품, 원가 절감을 위한 코팅 및 세정, Si/SiGe층 선택적 식각을 위한 식각액 

④ 확산/열처리 공정: 고유전율 절연막의 계면 전하 특성 개선을 위한 저온 어닐링 장비, 

⑤ 테스트/검사 공정: 고성능 검사 장비 및 테스트용 부품 등의 수요가 증가할 전망이다. 

공정별 수혜 가능 영역 살펴보기 

2023년 반도체 소자 업체들의 CAPEX가 대폭 하향되면서 반도체 소재/부품/장비 업체들의 실적에 대한 눈높이도 낮아졌다. 다만 당사는 선단공정용 제품을 생산하는 업체 또는 최근 소재/부품/장비를 국산화에 성공해 점유율이 빠르게 증가하고 있는 업체들의 경우 2023년도 실적 개선이 가능할 것으로 전망하는 바 HPSP, 파크시스템스, 에스앤에스텍, 피에스케이, 넥스틴, 비씨엔씨에 주목할 필요가 있다고 판단한다. 

① HPSP: High-K유전막을 사용하면 실리콘과 유전막 계면 특성이 저하되는 문제가 발생하기 때문에 고압 수소(100% H2) 어닐링 장비로 계면을 치유해야한다. 또한 기존 비메모리 반도체에 쓰였던 High-K 유전막이 메모리 반도체로 확산되고 있어 때문에 고압 수소 어닐링 장비를 독점하고 있는 HPSP가 높은 성장세를 보여줄 것으로 전망된다.

② 파크시스템스: 반도체 소자의 집적도는 무어의 법칙에 따라 2년마다 2배씩 늘어나고 있다. 최신 비메모리 반도체는 3nm까지 양산에 성공했고 2024년부터 2nm 반도체가 양산될 예정이다. 이에 따라 0.1nm 이하까지 검사할 수 있는 파크시스템의 원자현미경 수요도 가파르게 증가할 것으로 전망된다.

③ 에스앤에스텍: 반도체 회로 선폭이 미세화되면서 EUV 장비 시장이 점진적으로 개화되고 있다. 반면 EUV 장비에서 사용되는 블랭크마스크와 펠리클은 공급이 불안정해 수요가 공급을 초과하고 있는 상황이다. 당사는 EUV용 블랭크마스크와 펠리클 양산을 준비하고 있는 에스앤에스텍에 주목할 필요가 있다고 판단한다.

④ 피에스케이: 2023년 주요 반도체 소자 업체들의 생산 증가율이 하락하면서 동사의 감익이 예상된다. 다만 당사는 동사가 국산화율이 낮은 건식 식각 장비를 개발하고 있으며, 외국 업체가 독점하고 있던 Bevel Etcher 양산에 성공하는 등 신규 장비 개발로 인한 실적 상승 포텐셜이 크다고 판단되는 바 장기적인 관점에서 투자할 것을 추천한다.

⑤ 넥스틴: 동사는 기존 KLA가 독점하고 있던 웨이퍼 패턴 검사 장비를 국산화 하였으며 글로벌 점유율은 5~6%로 미미한 수준일 것으로 추정된다. 동사 장비 가격은 경쟁사 장비의 1/3 수준으로 높은 가격 경쟁력을 가지고 있고 가격 경쟁력을 기반으로 빠르게 고객사 내 침투율이 증가할 것으로 전망된다.

⑥ 비씨엔씨: 최근 3D NAND의 적층수가 200단 이상으로 높아지면서 NAND의 윗 부분부터 아래까지 한번에 식각하기 위해 플라즈마 파워가 높아지고 있다. 또한 반도체 공정 Step 수도 증가하면서 플라즈마 노출 빈도도 높아지고 있어 식각 부품이 빨리 마모된다는 문제가 발생했다. 당사는 기존 식각에서 사용되던 천연 쿼츠 포커스링보다 높은 수명과 플라즈마 내성을 가진 합성쿼츠의 수요가 증가할 것으로 전망하는 바 비씨엔씨의 성장성에 주목할 필요가 있다고 판단한다.

투자포인트 1 : High-K 전구체의 강력한 성장성 

첫번째 투자 포인트는 High-K 전구체의 구조적 성장에 있다. 디램의 트랜지스터 및 캐패시터에서의 High-K 절연막 적용은 미세공정 전환에 따른 소자영역에서의 가장 큰 변화사항 중 하나이며, 이에 따라 High-K 전구체의 수요도 동반해 증가하고 있다. 현재 Zr(지르코늄)계열 전구체와 Hf(하프늄) 계열 전구체가 활용되고 있으며, 공정이 1a이하로 진화하면서 Hf(하프늄) 전구체에 대한 수요가 특히 높아지고 있다.

동사는 Zr 계열(TDMAZ, ZAC)과 Hf 계열(CpHf) 전구체를 모두 생산 중이며, 전량 SK하이닉스향으로 공급 중인 것으로 파악되는데, Zr과 Hf 계열 모두에서 긍정적 모멘텀이 감지된다.

우선 Hf 전구체(CpHf)는 1a 이하 공정에서 주로 활용되는 것으로 추정되는데, 1a 공정비중 확대와 동행해 사용량이 증가할 것으로 기대된다. 1a 공정 비중은 올해부터 본격적으로 확대될 것으로 예상(‘22년 11% → ‘23년 29%)되며 하반기 DDR5 공급 확대가 직접적인 트리거가 될 것으로 판단한다. 동사는 현재 CpHf를 SK트리켐을 통해 SK하이닉스로 최종 공급 중이며, 첫번째 벤더로 가장 높은 M/S를 보유 중인 것으로 파악된다. 소재의 중요도와 공급 안정성을 고려할 때 벤더 지위에 변화가 발생할 가능성은 희박하며, Hf 수요 증가의 수혜가 집중될 가능성이 매우 높다.

Zr 전구체는 고객사 M/S 변화에 따른 공급 증가 가능성이 기대된다. 동사 Zr 전구체의 대부분은 현재 엠케미칼(전 메카로 전구체 사업부)을 통해 SK하이닉스로 공급되는 것으로 파악되는데, 최근 불거진 SK트리켐 Zr 전구체의 불량 이슈로 공급사 간 일시적 점유율 조정이 불가피해 보인다. 만약 SK트리켐 점유율이 일시적으로 축소될 경우 이로 인한 엠케미칼의 반사 수혜가 기대되며, 동사의 Zr 전구체 매출에도 긍정적 효과로 작용할 수밖에 없다.

투자포인트 2 : 석유화학 부문 성과 가시화 

석유화학 부문에서의 성장은 올해 새롭게 기대되는 투자 포인트다. 석유화학 부문의 매출은 지난해 83억원 수준에서 올해 179억원으로 +116% 성장 예상된다. 샘플 테스트 종료 후 본 계약 체결에 따른 공급 증가에 기인한다.

동사가 생산하는 제품은 PE, PP 등의 수지류를 가공할 때 활용되는 촉매 중 하나인 메탈로센 촉매다. 메탈로센 촉매는 고부가가치 수지류 가공뿐만 아니라 차세대 태양광 필름 소재로 활용 가능한 POE 제조를 위해 활용가치가 높아질 수밖에 없는 촉매다. 동사는 관련 제품인 메탈로센 조촉매(MAO), 메탈로센 컴파운드, 담지촉매 모두 생산 가능하다. 상대적으로 긴 테스트 기간(4~5년)으로 인해 지난해까지는 샘플 매출만 발생했으나, 올해부터 양산용 공급 건들이 매출에 반영될 것으로 예상된다. 현재 LG화학, DL케미칼, 한화솔루션으로의 양산 물량 공급이 유력한 것으로 파악된다.

현재 글로벌 메탈로센 촉매 시장 규모는 약 1조원 수준(침투율 10~20% 내외)으로 추정되는데, 시장 규모 대비 생산 가능업체는 극히 제한적이다. MAO의 원료가 되는 TMA 합성 기술을 보유한 업체가 전세계적으로 4개사에 불과하기 때문이다. 동사는 4개 업체 중 유일하게 상대적으로 합성 난이도가 높은 IT소재용 TMA에서 석유화학 분야로 영역을 확장한 업체이며, 유일한 국내 업체다. 국내 화학업체들의 메탈로센 촉매수요를 점진적으로 가져올 것으로 예상된다

- 세계 2대 쿼츠웨어 제조 메이커 중 하나로서 시장 점유율은 25%로 추정

- 고객 비중은 반도체 식각장비업체가 절반 이상이고, 나머지는 IDM, Foundry업체로 다양

- 주요 3대 고객인 LAM, TEL, 삼성전자가 전체 매출의 70%를 차지한다.

- 쿼츠는 주기적 교체가 필요한 소모품으로서 보통 수명이 6개월~3년 정도이나, 식각 공정은 1개월로 주기가 짧다

- 매출 구성은 쿼츠웨어 39%, 부품 정밀세정 12%, 세라믹 제품 4%, 램프 1%, 자회사 모멘티브(쿼츠 원재료 공급) 45%(22년 상반기 기준)

- 쿼츠 매출액은 반도체 고객의 웨이퍼 투입량, 공정 수, 가동률에 비례하는데, 극심한 불황으로 감산이 일어나지 않는 한 소모품 수요는 꾸준하며, 반도체 미세화, 고도화에 따라 수요가 증가하고 있다. 

2022년 9월 미국 모멘티브 자회사 역시 현재 1년치 수주를 확보해 놓은 상태고, 신규 자회사 코스텍이 4Q22부터 연결 편입이 되기 때문에, 2023년 전사 매출은 12% 성장이 예상된다. 한편 동사 Capa는 현재 풀가동 상태인데, 국내 쿼츠 설비를 2023년 2월까지 955억원을 투자하여 증설 중에 있다.