반도체 기업 탐구: 넥스틴

1. 기업 개요: 국내 유일 패턴 결함 검사 장비를 제조하는 업체

 

넥스틴은 2010년에 설립됐으며 반도체 소자 회로의 패턴 결함 및 이물질 (Particle)을 검출하는 Optical Patterned Wafer Inspection 장비를 제조하는 업체다. 해외 장비사가 대부분 장악하고 있는 공정제어(Process Control)의 Wafer Inspection 시장에 국내기업 최초로 진입했다.

 

광학 패턴 결함 검사장비는 브라이트필드(Bright-Field), 다크필드(Dark-Field), Macro 세 가지 구동방식을 갖고 있다. 각각의 시장점유율은 50%, 40%, 10%를 차지한다. 넥스틴은 현재 이지스 시리즈의 다크필드 장비를 제조하고 있으며 보다 미세공정에 사용되는 브라이트필드 장비를 2023년 개발 완료할 예정이다.

 

 

2015년 SK하이닉스에 메모리용 장비를 시작으로, 2019년 삼성전자에 파운드리용 장비를 최초로 공급했다. 국내업체 중에 경쟁사는 없고 해외업체로 KLA, AMAT, Hitachi가 있다. 다크필드 부문의 시장점유율은 KLA가 97%를 차지하며 압도적인 시장 지배력을 갖고 있다. KLA에서 제조하는 검사장비는 당사 제품 대비 10% 빠른 속도를 보여준다.

 

 

하지만 넥스틴 제품 대비 2-3배 가격에 판매된다는 점에서 동사는 가격 경쟁력을 보유하고 있다. 당사 제품의 적용처를 보면, 디램, 낸드, 로직/파운드리까지 반도체 전영역에서 매출이 발생하고 있다. 2022년 중국 파운드리향 수주 증가로 매출액 및 영업이익 이 크게 증가할 전망이다. 2021년 장비 공급 대수 기준으로 파운드리향이 28%를 차지한다. 어플리케이션 다각화에 따라 2021년 기준 국가별 매출 비중은 한국 49%, 중국 51%다.

 

 

2. 산업 전망

 

2.1. Wafer Inspection

 

광학 패턴 결함 검사 장비

 

패턴 결함 검사 장비는 반도체 전공정 중 오염 물질을 찾아내고 패턴이 제대로 새개졌는지 검사하는 장비다. 웨이퍼에 빛을 조사하여 표면의 이미지를 촬영한 후, 결함이 없는 이미지와 반복적으로 비교하여 결함을 검출한다. 웨이퍼에 있는 패턴 결함과 불순물은 사전에 예방이 불가능한 불량으로 실시간 관리가 필수적이다.

 

 

또한 패턴 결함은 반도체 전공정에서 불량을 야기하고 수율 악화에 가장 큰 영향을 주는 요인이다. 일반적으로 패턴 결함 검사 장비는 광학과 e-Beam, 두 가지 기술로 분류한다. E-Beam은 미세공정 중 검출이 가능하지만 검사속도가 느려서 주로 연구개발용으로 활용되고, 속도에 우위가 있는 광학 패턴 결함 검사 장비가 대표적으로 사용되고 있다.

 

 

 

광학 패턴 검사 기술, 브라이트필드 & 다크필드

 

광학 패턴 결함 검사 장비는 활용되는 목적에 따라서 대표적으로 브라이트필드 (Bright-field), 다크필드(Dark-field), 매크로(Macro) 방식으로 구분된다. 매크로 방식의 검사 방식은 마이크로미터급 결함을 검출하는데 사용된다.

 

반도체 미세화가 진행되며 나노미터급 결함을 검출 할 수있는 브라이트필드와 다크필드 방식이 검사에 주로 사용되고 있다. 글로벌 웨이퍼 광학 검사 장비의 점유율은 브라이트필드와 다크필드가 각각 50%, 40%를 차지하고, 마이크로미터급을 검사하는 매크로는 10%에 불과하다.

 

 

브라이트필드는 극자외선(EUV, 266nm)를 광원으로 사용한다. 반사광을 활용하여 패턴을 찍기 때문에 촬영된 이미지의 해상도가 높다. 검출 감도가 높은만큼 미소 패턴 결함까지 정밀하게 검사가 가능하다. 하지만 검사속도가 느려 중요 공정(포토, 식각 등) 모니터링에 주로 활용된다.

 

반면에 다크필드는 자외선(DUV, 355nm) 기반의 검사 장비이다. 산란광을 이용해 검사를 진행하기 때문에 이미지의 해상도에는 한계가 있다. 검출 감도는 상대적으로 낮지만 검사속도가 빠른 장점을 가지고 있어 주로 일반 공정(IMP, 세정 등) 모니터링에 사용된다.

 

 

 

Mix & Match 전략으로 상충관계(해상도, 검출 속도)

 

현재 하나의 반도체 라인에 두 종류의 장비를 사용하는 믹스앤매치(Mix and Match) 전략을 통해서 반도체 결함을 검출하고 있다. 역사적으로 반도체 미세화에 따라 더 작은 패턴 결함을 검출하기 위해 높은 해상도를 요구돼왔다. 하지만 해상도가 높은 만큼 웨이퍼 표면의 이미지를 빠르게 촬영할 수 없어 상대적 비용이 많이 들어간다.

 

생산업체는 높은 요구 검출 감도와 검사 비용을 고려해서 두 종류의 장비를 전략적으로 활용하고 있다. 또한 브라이트필드와 다크필드는 사용하는 광원이 달라서 검출 가능한 결함의 종류에도 차이를 보이고 있다. 생산업체마다 차이는 있지만 팹을 운영할 때, 통상적으로 3:7의 비율로 브라이트필드와 다크필드 장비를 사용하고 있다.

 

 

패턴 결함 검사 장비 운영 현황을 보면 반도체 월 생산규모 15K 기준으로 브라 이트필드 2대, 다크필드 4대 정도 요구되고 있다. 하지만 생산업체별 전략적 선 책에 따라 15K/월에 요구되는 장비 대수는 차이가 있다.

 

 

Process Control – Insepction 중요성

 

반도체 미세화에 따라 전공정 기술 개선이 어려워졌고, 앞으로 더 어려워질 전망 이다. 반도체 공정 기술은 역사적으로 1) 생산량 증가, 2) 성능 향상의 이유로 미세화가 진행돼왔다. 실제로 2010년 기준 파운드리 및 디램 공정 기술은 30- 40nm 수준이었고 최근 각각 3-7nm, 10nm 초반 수준까지 선폭의 미세화가 진행됐다. 낸드는 미세화가 아닌 적층 단수를 올리는 3차원 수직 적층 기술 방식으로 기술 개발이 이루어 지고 있다. 디램과 파운드리/로직의 미세화, 낸드의 적층 단수 증가에 따라 공정 스텝이 지속적으로 증가해왔다.

 

 

 

공정 전환 여려움에 따른 수율 안정화 집중 → 공정 제어 중요성 ↑

 

3D 구조 생성 및 멀티 패터닝에 따른 미묘한 편차가 발생하며 공정 전환 난이도 가 상승하고 있다. 공전 전환 어려움에 따라 각 공정 스텝 수가 늘어나면서 수율 안정화의 어려움이 심해지고 생산 비용도 함께 증가하고 있다. 이에 수율 관리에 대한 관심도가 높아지며 공정 제어에 대한 중요성이 부각되고 있다.

 

공정 제어는 크게 검사(Insepction), 계측(Metrology), 리뷰(Review) 3가지로 분류한다. 공정제어 내 검사는 시장 규모 기준으로 약 45%를 차지하며 계측과 함 께 큰 비중을 차지한다. 결함을 검사하기 위해 전공정의 여러 공정과 공정 사이 사이에서 불량을 검출하는데 검사 장비를 사용한다. 이를 통해 생산 수율을 관리 하고 생산량을 예측하는데 활용된다.

 

 

 

2.2. 반도체 장비

 

장비주 업황 = 반도체 Cycle

 

통상적으로 반도체 장비 업황의 방향성을 결정하는 핵심 요인은 생산업체들의 실적과 CapEx이다. 생산업체들은 반도체 업황(수요-공급 상황)에 맞추어 공급을 조절하고, 공급 계획에 맞춰 장비 발주를 결정하기 떄문이다.

 

 

 

실적 변수 다변화

 

하지만 반도체 Cycle에 주된 영향을 받던 일부 국내 반도체 장비 업체의 실적 변수는 4가지로 확장됐다. 기존의 메모리 Cycle 효과에 더해, ① 고객사 다변화, ② 메모리 외 적용처 다변화, ③ 보완투자 수혜의 변수가 추가됐다. 실적변수를 4가지로 확대한 장비업체에 한해서 Upcycle에 업황 이상을 실적을 기록할 것으 로 전망한다.

 

 

 

① 중화권 중심의 고객사 다변화

 

국내 장비사들은 삼성전자와 SK하이닉스의 장비 국산화 과정에서 성장했다. 자연스럽게 한국 장비사들의 매출은 삼성전자와 SK하이닉스의 CapEx에 대한 의존도가 높았다. 하지만 최근 국내 생산업체의 레퍼런스를 바탕으로 해외 고객사 까지 저변이 확대되고 있다.

 

특히 중화권 업체로부터 의미있는 비중의 수주가 확대됐다. 중국은 자국 내 반도체 산업 육성에 대한 의지가 강력하지만, 미중 분쟁의 여파로 주요 미국 장비를 구매하는데 제한적이다. 반사수혜로 2019년부터 국내 장비사들의 중국향 수출이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.

 

 

 

② 비메모리 수주 확대에 따른 매출 다각화

최근 일부 장비 업체는 비메모리 장비까지 사업 영역을 확대하는 움직임을 보이 고 있다. 실제로 대표 비메모리 생산업체로 공급을 이미 진행 또는 준비 중이다. 관련 공급 레퍼런스를 바탕으로 추가적인 비메모리 고객사 확대까지 연결될 가능성이 높다.

 

 

③ Migration 수혜 확대

 

반도체 공정 기술이 선단공정으로 전환되기 시작하며 보완투자(Migration) 요구 량이 증가했고, 지속 증가할 전망이다. 최첨단 공정이 적용되면 동일 캐파당 필 요한 장비/소재/부품 숫자가 증가한다. 단기적으로 DDR5 전환, EUV 도입 등으 로 인한 초기 수율 악화가 더해지면서 공급 Bit Growth가 약화될 수밖에 없는 환경이다. 캐파 감소를 보완하기 위해 캐파 유지를 위한 장비 투자가 확대될 수 밖에 없다.

 

 

 

 

3. 투자포인트

 

3.1. 3D NAND 검사 장비

 

기존에 없던 표면 하층부 검사

 

세계 최초로 3D NAND 하층부 검사 장비를 개발했다. 3D NAND는 메모리 최 소 단위인 셀을 만들 때 층을 쌓고 수십억개의 구멍을 균일하게 뚫은 구조로 이 루어져있다. 미세화 보다는 적층 구조로 반도체를 제조하기 때문에 현재 표면 하층부를 자세히 확인할 방법이 없다. 이에 3D NAND 생산업체로부터 표면 하층 부 검사에 대한 요구가 꾸준히 있었다.

 

 

3D NAND 검사장비(IRIS)는 3D NAND 하층부의 결함을 감지하기 위해 TSOM(Through-focus Scanning Optical Microscopcy) 기법이 적용됐다. 실리콘을 투과할 수 있는 근적외선(NIR)을 활용하여 표면 하층부에서 나오는 빛의 시 그널을 획득한다. 이를 통해 서로 다른 초점 위치로 다량 촬영하고 합성을 통해 3D 영상 데이터 공간을 만드는 방법론이다. NAND 제조 공정 중에 패터닝 및 3D 적층 구조 등을 검사하는데 사용되며, 광학적 검사를 통해 불량을 확인하고 공정이 진행하지 않도록 한다. 이를 통해 공정 비용을 절약할 수 있다.

 

해당 장비를 인텔의 제안으로 공동 개발이 시작됐고 현재 개발이 완료된 상태다. 2021년 국제광공학회에서 IRIS장비에 대한 테스트 결과는 충분히 발표되었고 결 과 또한 좋았다. 현재 해당 장비는 국내 생산업체와 테스트를 진행 중에 있다. 3D NAND 하층부 검사 장비는 기존에 생산업체로부터 요구됐던 검사 장비이다. 제품 출시 후에는 실적 향상에 기여할 것으로 기대된다.

 

 

 

3.2. 자이시스 인수를 통한 제품군 확대

 

더 미세화되는 정전기 제거 장비

 

기존 광학 패턴 결함 검사 장비를 제외한 신규 장비를 개발하여 제품군 확대를 계획하고 있다. 이를 위해 국내에서 유일하게 위에퍼 위에 발생하는 정전기를 제거하는 기술을 갖고 있는 업체 자이시스를 인수합병했다.

 

반도체 제조 공정에서 정전기는 수율을 악화시키는 원인중 하나다. 전기를 활용 한 제조 공정에서 정전기는 발생할 수 밖에 없다. 클린룸 내에서 정전기가 발생 되면 반도체 표면에 오염입자가 부착되고 패턴 변경이나 소자 파괴 등의 문제를 야기할 수 있다.

 

이오나이저(반도체 정전기 제거 장비)는 반도체 선폭이 선폭 180nm 수준부터 사용되기 시작했다. 반도체 공정 미세화에 따라 최근 정전기는 중요한 문제로 인식되고 있다. 반도체 선폭이 10nm 이하로 미세화되며 더 미세한 정전기 제거가 요구되고 있다. 7월 11일 자이시스와의 합병을 시작으로, 국내외 생산업체와 협력하여 더 미세화된 정전기를 제거할 수 있는 장비를 개발할 계획이다.

 

 

동사가 개발을 준비하는 장비는 2024-25년에 본격적으로 도입될 예정이다. 미세 정전기 제거를 통해 개선할 수 있는 수율은 몇% 밖에 되지 않는다. 현재 EUV 공정 자체의 수율이 너무 낮아서 미세 정전기 제거에 따른 효과는 제한적이다. 하지만 EUV 수율이 90% 이상으로 개선될 경우, 더 미세화된 정전기 제거 기술에 대한 중요도가 부각될 것으로 판단된다. 이에 중장기적으로 2024-25년에 제 품군 다양화 및 실적 확대가 가능할 것으로 전망한다

 

 

 

4. 실적 전망

 

3분기 매출액 344억원, 영업이익 159억원으로 각각 YoY +127.9%, 124.9% 증가 할 전망이다. SK하이닉스의 M15, M16팹에 장비 입고가 본격화되면서 당사의 국내 매출은 137억원으로 증가하며 실적이 성장할 것으로 전망한다. 2분기 비메모리 부문의 매출 성장이 컸다면, 3분기는 중국 메모리향 고객의 매출 이 실적에 기여할 전망이다. 3분기 중국 매출은 195억원으로 전년대비 101.6%의 성장이 기대된다.

 

2022년 매출액 1,114억원, 영업이익 501억원으로 각각 95.1%, 126.9% 증가가 전망된다. 2분기말 기준 수주잔고는 사상 최대인 718억원을 기록하며 2022년 사상 최대 실적이 기대된다. 하반기 국내 메모리 장비 입고와 중국 비메모리향 출고가 진행 중에 있다. 중국 고객사는 국내 고객사 대비 30-40% 가격 프리미엄이 있다. 중국향 매출 성장으 로 수익성은 크게 개선될 것으로 보인다. OPM은 44.9%(YoY +5.7%p)로 큰폭 증가할 전망이다.

 

 

 

출처: 신한금융투자, Opticia, 키프리스, KITA, 넥스틴, Quantiwise

 

뜨리스땅

 

https://www.youtube.com/watch?v=FqGqvzWFmU4