넥스틴 : 미중 반도체 분쟁 최선호 Top-Pick, 광학 검사 업체 KLA社를 대체하다

※ 감수인 의견 알파카이코노미아님 및 다른 작가들께서 반도체 관련 기업을 올려주고 계십니다. 처음에는 어렵게 느낄 수 있는데, 자꾸 읽다 보면 익숙해 지는 것 같습니다. 공정을 미리 숙지하지 않더라도, 반복하면서 적당히 알게 되는 것 같습니다. 깊이 아는데 책만한 게 없는 듯 합니다. 아래는 닉네임 'hodolry'로 활동하시는 우황제 님께서 쓰신 책입니다. 투자자가 쓴 책이라 평이 아주 좋습니다 (저는 읽기 전임).   우황제 저 | 이레미디어 | 2022년 04월 29일     요 약 시가총액 6200억. 반도체 웨이퍼 패턴 결함 검사장비 제조업 패턴 결함은 주요 공정 후반부에 반드시 수행해야 함(수율에 직결됨) 장비는 전자선 검사 장비와 광학 검사 장비가 있음. 광학 검사 장비가 주 검사 장비임. 전자선 검사 장비는 속도가 매우 느림. 광학 검사 장비는 Bright-field 검사 장비와 Dark-field 검사 장비가 있음 대표 기업은 미국의 KLA임. 글로벌 시장 점유율 99% KLA의 KLA9xxx 시리즈가 업계 표준임 (Dark-field 검사 장비) 동사의 제품은 주력은 AEGIS 시리즈로 국산화를 선도하고 있음 (Dark-field 검사 장비) (KLA에 비해 가성비가 좋음) 23년 Bright-field 검사 장비 개발 완료 신제품 IRIS(3차원 검사 장비). 3D NAND 검사 장비. 23년 상반기 출하 예정 개발중. EUV 공정 정전기 제거 장비 2022년 실적 증가는 미중 무역전쟁에 따른 반사이익 때문 실제 KLA에 진출한 중국 기업에 지원 중단하는 사태 발생 대안으로 동사의 장비가 채택된 듯 (장기 이슈) CAPA 늘임 22년 3분기 기준 35대/년 에서 22년 4분기 기준 6~70대 OPM이 높은 HPSP는 멀티플 20배 수준인데, 동사의 10 전후 평가는 박한 듯 단기적으로 중화권 매출 증가 기대, 중기적으로 IRIS매출 상승, 장기적으로 글로벌 점유율 상승 기대     * 4Qsum 시가총액 6,203억원(62,300원) 기준, 그외 연말 시총 기준. ** 거래량 회전일수 : 최근 주식수 기준(최근 기준 ‘대주주+자사주’ 제외한 주식수로 일괄 적용). 최근 거래일수는 정확하나, 과거 거래일수는 부정확함(기술적인 이유로 과거 주식수 변화를 고려하지 않음) *앱을 설치하시면, 구독하시는 크리에이터에 대한 새글 알림을 받아보실 수 있습니다.  '오렌지보드' 로 검색하셔서 설치 부탁 드립니다. Orangeboard.CT가 작성한 글에 댓글로 피드백 주시면, 고객 본인이 원하는 기능이 적용될 수 있습니다. 참여 부탁 드립니다.

웨이퍼 패턴 결함 검사 공정의 이해

반도체를 제조하기 위해서는 대표적인 8대 공정을 거쳐야하는데, 각 공정을 거치면서 모종의 이유로 인하여 웨이퍼 패턴에 결함이 발생할 수 있습니다. 만약 이러한 결함을 검사하지 않고 끝까지 공정을 진행할 경우, 추가적인 공정비용이 발생하게 됩니다. 따라서 이러한 결함을 패턴 결함 검사 공정을 통해 찾아낸다면, 불필요한 공정비용이 줄어들어 반도체 제조사의 이익이 개선될 수 있습니다. 아래처럼 전공정 사이사이마다 각각 웨이퍼의 패턴이 오류가 났는지 여부를 검사하는데, 이를 통해 반도체 제조사들의 수율과 수익성 개선을 가능하게 할 수 있는 것입니다.

반도체 결함은 크게 패턴 결함(Inspection Loss)과 계측 결함(Metrology Loss)로 나눌 수 있습니다. 하나하나 살펴보자면, 

패턴 결함(Inspection Loss)은 먼지나 이물질, 파티클, 포토레지스트 등의 부착이나 스크래치(기스), 패턴 부존재(Missing), 추가패턴(Extra-pattern)이 발생하는 것입니다. 이는 반도체 제조 공정에서 수율 저하 요인의 약 40%를 차지하는데, 미리 예상하거나 예방이 불가능합니다. 우연하게 어느 공정에서 언제 어떻게 파티클 등이 부착될 지 미리 알 수 없기 때문에, 패턴 결함 검사를 통해서 불량품을 미리미리 선별하는 것이 수율 확보에 매우 중요한 것입니다.

계측 결함(Metrology Loss)은 박막 두께 오류, 임계선폭 오류, 오정렬, 이온 농도 및 분포 오류 등으로 인해 결함이 발생하는 것입니다. 이는 반도체 제조 공정에서 수율 저하 요인의 약 60%를 차지하는데, 공정 품질의 개선 및 관리를 통하여 제어가 어느정도 가능한 항목입니다. 일례로 웨이퍼 표면의 박막 두께가 고르지 않아서 결함이 발생한다면, 증착 장비를 교체하거나 개선시키면 제어가 가능한 것처럼 말입니다.

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따라서 반도체 제조사들은 패턴 결함 검사를 통해서 수율을 개선시키려 하며, 패턴 결함장비는 SEM(주사전자현미경)과 CCD(투과전자현미경)카메라를 이용하여 촬영한 결함 영상 패턴을 컴퓨터에 입력하고, 정상품의 이미지로 비교하여서 차이점을 찾아내는 원리입니다. 촬영한 웨이퍼의 이미지가 정상품의 이미지와 차이가 있으면, 결함이 발생했다고 추정하는 것입니다. 웨이퍼 표면에 형성된 전기회로의 촬상 이미지를 얻는 방법에 따라 전자선 검사 장비(E-beam Inspection System)와 광학 검사 장비(Optical Inspection System)로 나누어집니다.

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전자선 검사 장비는 매우 높은 배율로 확대된 이미지를 촬영할 수 있어 7나노미터 이하의 미세한 결함까지 검출할 수 있는 장점이 있으나, 전자선을 사용하기 위해서 매우 낮은 압력의 초고진공 상태에서 이미지 촬영을 진행하기에 검사 속도가 매우 느린 단점이 있어 양산용으로는 부적절합니다. 따라서 반도체 양산용으로 주로 이용되는 패턴 결함 장비는 광학 검사 장비로, 대기압에서 이미지 촬영을 진행하기에 검사 속도가 전자선 검사 장비보다 매우 빠릅니다.

그리고 이러한 광학 검사 장비는 이미지를 촬영하는 방법에 따라 명칭이 다른데, 반사광(Reflected Light)을 이용하여 이미지를 촬영하는 Bright-field 방법과 산란광(Scattered Lught)을 이용하여 이미지를 촬영하는 Dark-field 방법으로 구분됩니다. 아무래도 반사광이 산란광보다도 더 빛의 강도가 세기에, 반사광으로 이미지를 촬영하는 것이 더 밝다는 의미에서 Bright-field라고 부릅니다. 반면 산란광으로 이미지를 촬영하는 것은 반사광보다도 어둡다는 맥락에서 Dark-field라고 부르는 것입니다.

Bright-field 검사 장비는 주로 극자외선(DUV)을 광원으로 사용하며, 반사광을 이용하여 촬영하기 때문에 촬상된 이미지의 해상도가 좋아서 15nm 정도의 미세한 결함까지도 검출이 가능하다는 것이 큰 장점입니다. 하지만 이를 위하여 높은 배율의 고해상도 이미지를 촬상하여야 하기 때문에 검사 속도가 상대적으로 느리고, 고도의 기술력이 필요하다는 점에서 장비 가격이 높다는 단점이 있습니다.

Dark-field 검사 장비는 주로 자외선(UV)을 광원으로 사용하며, 산란광을 이용하여 촬상하기 때문에 검사 속도가 상대적으로 빠르고 장비 가격이 낮은 장점이 있습니다. 하지만 산란광으로 획득한 이미지는 해상도가 낮기 때문에, 검출 가능한 결함의 크기가 30나노미터 가량으로 상대적으로 다소 크다는 단점이 있습니다.

현재 이러한 광학 검사 시장의 대표 기업은 미국의 KLA입니다. 글로벌 시장에서 KLA는 점유율 99%라는 독점 수준에 가까운 장악력을 보이고 있으며, 우리나라의 한정에서는 넥스틴과 일본의 히타치 정도가 경쟁을 벌이고 있습니다. 미국 KLA의 Dark-field 장비인 KLA9xxx 시리즈 제품이 업계 표준으로 자리잡았으며, 우리나라 반도체 소자업체들도 중요한 공정에서는 KLA의 제품을 사용하고 있는 상황입니다.

넥스틴 사업영역의 이해

동사는 이러한 광학 검사 시장에서 국산화를 선도하고 있는 기업으로, 대표적인 동사의 장비는 AEGIS 시리즈입니다. 동사는 검출 가능한 결함의 크기가 상대적으로 크지만 검사 속도가 상대적으로 빠른 Dark-field 제품에 주력 중으로, 23년에는 Bright-field 제품의 개발을 끝내고 24년부터 어플리케이션을 확장할 계획을 가지고 있습니다.

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동사의 제품 시리즈인 AEGIS-DP는 2016년 출시된 광학 검사 장비로, 세계 최초로 2D 이미징 기술을 적용하였습니다. AEGIS-2는 2021년에 출시된 AEGIS-DP의 다음 버전으로, AEGIS-DP대비 30% 가까운 성능 개선과 검사 속도가 증가된 제품입니다.

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미국 KLA의 Dark-field 장비인 KLA9xxx 시리즈 제품은 넥스틴 장비와 검출 감도는 유사한 수준이나, 검사 속도는 동사보다 약 10% 정도 빠릅니다. 다만 동사는 낮은 가격을 내세우며 가격 경쟁력이 뛰어나며, 실제로 KLA사 제품의 가격은 넥스틴 장비에 비하여 2~3배 비싸다고 알려졌습니다. 대략적으로 아래와 같이 KLA社의 dark-field 장비 가격대는 약 100억 원이지만, 넥스틴의 dartk-field(이지스2) 장비 가격대는 내수용 4~50억 원( 중국은 6~70억 ) 정도로 가격경쟁력이 뛰어난 것입니다.

미국 KLA가 2016년 출시한 KLA9850 모델의 장비는 넥스틴이 2017년 출시한 AEGIS-DP 모델의 장비와검출 감도와 검사 속도가 비슷했습니다. 2018년 하반기에 KLA 사가 출시한 KLA9980 모델의 장비는 검사 속도가 약 10% 정도 개선되어서 출하되었는데, 동사가 2020년 6월 출시한 AEGIS-2 장비도 검출 감도의 개선은 물론 검사 속도도 약 10% 정도 개선되었습니다. 현재 동사는 22년 3분기에 AEGIS-2의 다음 버전인 AEGIS-3 장비를 개발완료하면서 KLA 사와의 기술 격차를 점차적으로 줄여나가고도 있는 중입니다.

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AEGIS-3 장비는 이미 개발완료되었지만, AEGIS-2가 21년 6월도부터 판매가 시작되었다는 점에서 CR 방지 차원에서 아직까지는 적극적인 판매가 이루어지고 있지 않은 상황입니다. 동사는 대략적으로 2년마다 신제품을 시장에 내놓을 것이라는 계획을 세우고 있는만큼, AEGIS-3는 빠르면 올해 하반기, 늦으면 내년부터나 되어야 판매가 이루어질 것으로 보입니다. AEGIS-2가 AEGIS-DP대비 가격이 비쌌음에도 불구하고 오히려 수요는 더 높았기에, AEGIS-3가 출시되면 더 비싼 가격을 받음에도 수요는 충분할 것으로 보입니다.

IRIS라는 새로운 제품도 현재 매출이 발생될 것으로 기대되고 있는데, 2020년 10월 상장 당시부터 계속해서 이야기가 나왔던 장비입니다. IRIS는 3D NAND의 결함을 검사하는 장비인데, 3D NAND의 적층이 수십단~수백단을 넘어가면서 하단부는 검사하기 어려워졌습니다. 3D 낸드는 메모리셀을 적층해서 일정한 크기의 채널 홀(구멍)을 뚫어야 하는데, NAND 하단부는 기존 2D 방법으로는 검사가 쉽지 않아서 일부 제품을 잘라서 검사하는 방법을 사용하여야 했습니다.

동사의 IRIS는 근적외선(NIR)과 다중비초점면(TSOM) 기술을 활용해서 3D NAND의 결함을 검사할 수 있는 것으로 알려졌습니다. 다중비초점면 기술은 여러 초점에서 대상을 촬영하고, 해당 이미지를 합성하여서 데이터를 만드는 기술입니다. 의도적으로 초점이 빗나간 이미지를 여러 장 찍고, 이를 합성하여 공통점인 경함 데이터를 뽑아내면 빠르고 정확하게 양품과 불량을 가려낼 수 있다는 것입니다.

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나아가 일반적으로 광학 검사에서는 자외선을 사용하는데, 동사의 IRIS에서는 근적외선(NIR)을 사용합니다. 근적외선은 자외선보다 해상도가 떨어지지만 투과력이 좋다는 특징이 있습니다. 따라서 근적외선을 이용하여 광학 검사를 진행하면, 피사체를 더 깊이 관찰할 수 있는 장점이 있는 것입니다. 이러한 근적외선과 다중비초점면 기술을 접목해서 3D NAND의 하단부까지 결함을 검사할 수 있게 된 것입니다.

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이러한 IRIS 장비는 AEGIS 시리즈에만 편중되어 있던 매출 구조의 성격을 바꿀 수 있어 회사가 크게 공들인 장비이기도 합니다. 이후 HBM도 고단화된다면 DRAM 쪽에서도 수요가 발생할 가능성이 높습니다. 동사는 이렇게 3D NAND의 하층부 결함을 검사하는 IRIS 장비를 올해 상반기에 주요 고객사에 출하하기로 한 만큼, 장비 다각화에 따른 안정적인 매출을 올릴 수 있을 것으로 기대됩니다.

이외에도 EUV 시대를 맞이하는 차원에서, 자이시스와 함께 EUV 공정의 정전기 제거 장비도 개발하고 있습니다. 본래 이러한 정전기를 제거하는 장비는 반도체 선폭이 180nm이하로 내려가는 시기에 도입되었으나, 현재처럼 반도체 선폭이 10nm 이하로 내려온 상황에선 기존의 장비로는 미세한 정전기까지 제거할 수 없는 상황이 발생했습니다. 따라서 엄청나게 미세한 정전기를 제거하는 장비를 제거하는 장비를 동사가 개발 중에 있는 것입니다.

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EUV 공정 수율이 크게 올라오지 않은 지금에는 미세 정전기 제거 장비가 크게 필요하지 않지만, EUV 공정 수율이 90% 이상으로 크게 올라오면 미세 정전기 제거에 따른 효과가 본격화될 수 있으리라고 보입니다. 팹당 2~30대 정도의 미세 정전기 제거 장비가 필요할 것으로 추정하고 있습니다. 동사는 2024~25년을 정전기 제거 장비 도입 시기로 보고, 올해 상반기 내에 국내 회사에 장비를 설치하여 양산 평가를 시작할 계획입니다. 물론 아직 장비 퀄 테스트도 끝나지 않은 먼 이야기이기에, 플러스 알파로만 생각해주시면 좋을 것 같습니다.

미중 무역전쟁에 따른 반사 수혜 기대

동사는 이러한 광학 검사 장비 사업을 영위하면서, 22년도에 영업이익률 50%라는 괴랄한 수익성을 보여주었습니다. 특히 22년도는 영업이익 뿐만 아니라 매출액도 2배 가량 크게 상승한 연도였습니다. 가장 큰 이유는 미중 무역전쟁에 따른 반사 수혜가 있었기 때문입니다. 미국의 제재로 인하여 중국 기업들은 EUV 장비를 활용한 10나노미터 이하의 선단공정 뿐만 아니라, DUV 장비까지도 일정 제재를가 가해지면서 20나노미터 이하의 공정도 힘들어진 상황입니다. 미국이 14나노 이하의 로직 칩, 18나노 이하의 DRAM, 128단 이상의 NAND 생산에 필요한 장비와 자재 수출을 작년 10월 경 금지했기 때문입니다. 그래서 중국은 현재 그나마 규제가 덜한 28나노미터의 레거시 공정으로 팹을 신규로 대규모 투자하는 방식으로 진행하고 있습니다.

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그리고 동시에 미중 무역전쟁에 따라서 반도체 산업 내 KLA의 입지가 좁아지고 있기도 합니다. 실제로 작년 10월 경에는 KLA가 중국 기업 내 파견 직원을 철수하고, 설치된 KLA 장비에 대한 지원을 중단하고, 아직 설치되지 않은 장비에 대해서는 추가 작업을 진행하지 않고 있다고 밝혔습니다. 결국 광학 검사 장비를 어떻게든 구해야 하는 중국 입장에서는 그 대안으로 동사를 찾았던 것입니다. 즉, 넥스틴은 중국 내 미드라인급에서 KLA의 빈자리를 공략하면서, 높은 가격으로 자사의 광학 검사장비를 중국에게 판매하고 있는 것입니다.

[글로벌비즈 브리핑] 美 KLA, 中 기업 파견 직원 철수 [글로벌비즈 브리핑] 한 눈에 보는 해외 경제 이슈▲美 반도체 장비업체, 中 기업 지원 중단...파견 직원 철수▲"인텔, PC 수요 급감에 수천명 해고 검토 중"▲美 9월 생산자물가 8.5% 상승...석 달 만에 전월 대비 올라▲美 30년물 모기지, 지난주 6.81%...15년 만에 최고▲유로존 8월 산업생산 1.5%… 임선우 기자 SBS Biz

동사의 대표이사에 따르면 중국 장비 시장의 절반 가량은 미국 견제를 받고, 나머지 절반은 미국 견제를 받지 않고 있습니다. 그러나 중국 내 반도체 업체들도 언젠가는 규제를 받을 수 있다는 생각에, 가급적이면 미국 장비를 도입하지 않으려는 경향이 증가하고 있다고 합니다. 따라서 자동적으로 중국 시장이 확대되는 효과가 발생하고 있는 셈입니다.

 

현재 동사는 연간 6~70대 수준의 CAPA를 보유하고 있습니다. 22년 3분기까지 동사는 연간 35대를 생산할 수 있었지만, CAPA 수준이 22년도 4분기부터 2배로 급증한 것입니다. 중화권 고객사의 생산 요청을 CAPA 부족으로 모두 충족시켜주지 못했는데, 올해부터는 신규 공장 완성을 통해 이러한 중화권 고객사의 생산 요청을 대부분 충족시켜 줄 수 있을 것으로 추정됩니다. 이외에도 Bright-Field에 사용되는 극자외선(DEEP UV) 장비셋업을 약 50억 원을 들여서 도입하려고 준비하는 등, 고성능 광학 검사 장비로 발돋움하여 KLA의 빈자리를 대체하려는 움직임이 빠르게 일어나고 있습니다.

영업이익률 50%, 그러나 박한 밸류에이션

 

동사는 영업이익률 50%라는 꿈의 수익성을 보여주고 있는 기업입니다. 그러나 비슷하게 영업이익률 50%를 기록하고 있는 HPSP가 FPER로만 20배 넘게 평가받고 있는 것에 반해서, 동사는 FPER로 10배 안팎으로 평가받고 있습니다. 이는 22년도의 폭발적인 영업이익 성장이 중국발 일회성 매출에 기인하였다고 판단하여, 중국향 비즈니스 확대에 큰 가치를 부여하고 있지 않은 상황입니다.

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그러나 미중 반도체 전쟁은 단순 일회성이 아니라, 글로벌 패권을 놓고 다투는 사안이라고 생각해보면 동사의 중국향 매출은 앞으로도 지속될 것으로 파악되고 있습니다. 반도체 업황이 크게 악화되었음에도 SMIC, YTMC, CXMT, PXW 등 중화권 수출을 통해 22년도엔 사상 최대 실적을 기록한만큼, 반도체 업황이 턴어라운드하면 기확보한 레퍼런스를 통해 중화권 수출이 더욱 폭증할 수 있음과 동시에 국내 업체향 매출도 증가하면서 더 높은 이익을 기록할 수 있으리라고 생각됩니다.

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단기적으론 중화권 매출이 꾸준히 급증할 수 있으리라고 보이며, 중기적으론 IRIS 매출이 상승하고 국내 시장에서의 히타치 제품을 대체할 수 있으리라고 보입니다. 장기적으로는 미국 KLA의 독보적인 아성을 실질적으로 위협하고 있는 기업으로 보이는만큼, 동사에 꾸준한 관심을 보여야 할 것으로 생각됩니다. 감사합니다.

 

 

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