최근 메모리 반도체 업황 회복이 가시화되면서 그동안 소외되어있던 디램과 낸드관련 업체들에 관심을 갖게 되었습니다. 특히 낸드는 디램에 비해 쩔어있었는데요, 메모리 업황 회복시 이미 조금 주가가 올라왔지만 수혜를 볼 회사들에 대해 공부해보고자 합니다.

1. 낸드 시장 현황

코로나로 인한 재고 과잉과 금리 인상으로 인한 전방산업의 투자 감소로 메모리 가격, 특히 낸드 고정 가격은 처참한 상황이지만 현재 바닥을 다지고 있습니다. 재고가 줄고 가격이 상승하면 가동률이 재차 상승하지 않을까 기대되고 아울러 가동률 상승에 따라 관련 회사들의 주가도 업사이드가 열릴 것으로 기대합니다.

현재 시장의 의견은 디램은 빠르면 2분기에, 낸드는 연말~내년초에 업황 회복을 기대하고 있습니다.

웨이퍼 투입량도 올해를 기점으로 다시 늘어날 것이라는 의견이 지배적입니다.

물론 다양한 변수들이 많습니다.

1) 금리 인상 부담감으로 경기침체

2) 세트수요 회복이 더딤

3) 감산을 조기 종료하여 반도체 회사들의 가격 회복이 더딜 수도 있고

4) 온디바이스가 정착하지 못함

이러한 다양한 우려를 딛고 낸드와 디램 수요는 증가는 어찌보면 정해진 미래라고 할 수도 있습니다. 따라서 현재와 같은 낸드 관련 주식 조정기에 공부를 해두시길 추천드립니다.

2. 3D NAND

먼저 3D 낸드에 관해 알아야 합니다. 미세화를 진행하던 기존 2D방식의 낸드 플래시의 방법으로는 용량 증가의 한계에 봉착하였습니다. 따라서 삼성전자는 수직으로 적층하는 3D 방식의 낸드 플래시를 고안하게 됩니다. 전도체와 부도체를 겹겹이 쌓아 SiN(부도체)에 전하를 가두는 방식이죠.

3D 낸드 구조가 시사하는 점은 겹겹이 쌓아 올리는 증착 공정과 셀을 연결하기 위해 통로를 뚫는 식각 공정이 중요해졌다는 것입니다. 높이 쌓을수록 좁고 깊게 뚫어야하므로 종횡비(가로 세로 비율)가 급격히 낮아집니다. 따라서 식각 난이도도 급증하게 됩니다. 현재 칩메이커들은 불소계 고밀도 플라즈마를 활용한 방식을 사용하고 있습니다.(HARC)

현재 128단까지 한 번에 뚫을 수 있는 회사는 삼성전자뿐이고 이러한 방식을 싱글 스태킹이라고 합니다. 다른 회사들은 두 번에 나눠 뚫고 있습니다. 이를 더블 스태킹이라고 합니다. 여기서 중요한 것은 싱글 스태킹에서 더블스태킹으로 바뀔 때 위 오른쪽 그림처럼 공정의 스텝 수가 늘어난다는 겁니다. 여러 번 뚫어야하니 식각 부품도 자연스럽게 늘어날 것이라고 이해하시면 됩니다.

현재 9세대 낸드가 양산 계획되어있으며 9세대는 300단 이상, 10세대는 430단으로 알려져있습니다. 이렇게 되면 천하의 삼성전자도 더블스태킹을 넘어 트리플스태킹으로 낸드를 생산해야합니다.

위 도표처럼 디램은 미세화, 낸드는 고단화로 인한 트리플스태킹이 정해져있는 미래입니다. 그렇다면 기술 변화의 수혜를 받는 분야는? 식각 스텝 수 증가의 수혜를 받을 분야는? 식각 부품을 떠올리지 않을 수 없습니다.

3. 에칭 관련

일단 에칭 시장에 대해 알아볼까요? 낸드 시장에서 3D낸드 구조가 도입되면서 설비투자에서 식각장비 투자 비중이 증가하고 있습니다. 현재 공정 중 식각 비중이 35~40%정도이며 메모리 설비 중에서도 식각장비 비중이 30~40%가 된다고 합니다. 에칭 관련 시장 규모는 메모리에서 150억$, 파운드리에서 100억$로 총 33조원의 시장을 형성하고 있습니다. 앞으로 에칭(식각) 시장은 더 성장하겠지요?

디스플레이 용어알기] 47.식각 (Etching)

에칭의 방법은 건식(dry)식각과 습식(wet)식각으로 나뉩니다. 난이도는 건식 식각이 높고, 대신 더 미세하고 정확합니다. 우리가 공부하려는 식각 부품도 건식 식각과 관련이 높습니다.

건식 식각은 다시 이렇게 나뉘는데요 위 도표는 참고만 하시고 문돌이인 저도 이해 못하니 투자자로서 알아야할 점은 기체보다 더 강한 에너지를 지닌 플라즈마를 사용한다는 것이죠.

여기서 주목하셔야할 점은 플라즈마는 고온+고에너지라는 것입니다. 그리고 식각 챔버 내에선 이런 극한의 환경을 버텨줄 부품이 필요하다는 것입니다.

식각 챔버 내엔 다양한 부품이 필요합니다. 웨이퍼를 고정시키는 다양한 링, 분사기, 받침대 등이 필요하고 식각 종류나 무엇을 식각하느냐에 따라 부품의 물성도 다 다릅니다. (위에 써져있는 그대로 소재가 다 쓰이는건 아니라고 합니다.)

다시 무엇을 식각하느냐에 따라 에칭 종류를 구분해 보자면, 1) 폴리에칭 2) 옥사이드에칭 3) 메탈에칭으로 나눌 수 있습니다.

1) 폴리에칭 = 전도체 식각 = 기판(실리콘) 식각(60%)

- 저압 + 플라즈마

- 일반적으로 쿼츠계열 부품을 사용

- 주로 디램와 시스템 반도체 등.

- 미세화와 관련하여 소재의 순도가 중요

2) 옥사이드에칭 = 유전체 식각 = 기판 위에 증착된 물질을 식각(25%)

- 고압 + 플라즈마 = 난이도가 높음

- 일반적으로 Si계열의 부품을 사용

- 주로 낸드같이 깊이 뚫는 공정과 관련

- 플라즈마에 견디는 단단함이 중요함.

3) 메탈에칭(15%)

- 난이도가 낮음

- 일반적으로 알루미늄 계열의 부품을 사용

그렇다면 각 식각장비의 최강자는 누구냐?

1) 전도체(폴리) = LAM(램리서치, 53%) + AMAT(어플라이드머티리얼즈, 30%)

2) 유전체(옥사이드) = TEL(도쿄일렉트론, 54%) + LAM(램리서치, 39%)

식각 부품들이 위 3개사 의 장비에 대부분 들어가기 때문에, 장비사와의 협력과 장비에 맞는 스팩이 매우매우 중요합니다. 그리고 부품이 오래 버텨주는 것도 중요합니다. 공장 라인에서는 주기적으로 PM(예방 정비)를 실시해주는데요, 이 PM을 하려면 공정을 멈춰야하기 때문에 최대한 빈도를 줄이는게 칩메이커 입장에선 유리합니다. 듣기로는 PM 한 번 할때마다 비용이 1억씩 발생한다고 합니다..ㄷㄷ 따라서 식각 챔버 내 부품들의 방향은?

'오래 버티고 + 파티클은 덜 발생하고'

4. 모든 방향이 일치하는 식각 파츠

앞서 공부했듯 챔버 내엔 다양한 소재의 부품이 들어갑니다. 폴리 에칭은 주로 쿼츠계열, 옥사이드(유전체) 에칭은 주로 실리콘 계열이 들어가지요.

쿼츠 부품도 종류가 두 가지로 나뉩니다. 1) 천연쿼츠와 2) 합성쿼츠입니다. 합성쿼츠는 천연쿼츠보다 수명도 길고 플라즈마에도 잘 견딥니다. 대신 비쌉니다. 실리콘 부품도 1) Si와 2) SiC로 나뉘는데요 SiC는 표면에 흑연 물질을 코팅한 것입니다. SiC가 수명도 길고 플라즈마에 잘 견디지만 Si보다 비쌉니다.

최근 트렌드가 '미세화+고단화로 인한 스텝 수 증가'임에 따라 합성쿼츠와 SiC 시장에 주목할 것을 추천드립니다. 합성쿼츠와 SiC 시장이 비교적 최근에 생겨나 침투율이 낮고 성장성은 높기 때문이죠. 각 부품별 주요 상장사 밸류체인은 다음과 같습니다.

Si 관련 = 월덱스(애프터), 하나머티리얼즈(비포)
SiC 관련 = 케이엔제이(애프터), 티씨케이(비포), 하나머티리얼즈(비포)
쿼츠 관련 = 원익QnC(천연), 비씨앤씨(합성)

* 여기서 비포와 애프터의 차이점은?

비포마켓 = 장비사를 통해 납품(정품)

비포마켓은 장비사가 인증하는 정품 부품입니다. 까다로운 인증과정을 거쳐 일단 장비사에 납품되면 매출이 어느 정도 보장되어있다는 점과 충분한 마진이 장점입니다. 대신 인증받은 그 장비사에만 납품이 가능하죠.

예)

티씨케이 -> LAM, AMAT 등

하나머티리얼즈 -> TEL 등

애프터마켓 = 칩메이커에 직접 납품

애프터마켓은 칩메이커로 직접 납품하는 구조입니다. 자동차 웨이퍼를 정품을 구입하면 비싸고 다이소에서 구입하면 효용은 비슷하지만 싼것과 같이 애프터마켓도 어느 정도 사용한 장비 소모품은 싼 애프터마켓 부품을 사용합니다. 가격이 비포마켓 대비 싸 마진이 적지만 설비투자 규모를 축소하는 최근 비중이 늘어나고 있습니다. 또한 중국 칩메이커들은 규제에 따라 정품 부품을 구매하지 못하기 때문에 애프터 마켓 회사의 매출이 늘어나고 있습니다.

예)

케이엔제이 -> 하이닉스, 삼성전자, YMTC, SMIC

월덱스 -> 삼성전자, 하이닉스, 중국

5. 결론

지금까지 살펴본 내용을 정리하면

1) 디램은 작년에 이미, 낸드 업황은 현재를 저점으로 서서히 반등할 것이다.

= 낸드 업황 회복을 위주로 선별

2) 낸드 기술의 방향성은 고단화다.

= 더블스태킹~트리플스태킹 스텝 수 증가의 수혜를 받을 회사 위주로 선별

3) 낸드 기술 방향에 따라 '식각'이 중요해진다.

= 식각 관련 소모품에 주목

4) 그 중에서도 SiC 및 합성쿼츠의 침투율과 성장성이 좋다.

= 티씨케이, 하나머티리얼즈, 케이엔제이, 월덱스, 비씨엔씨

5) 중국 칩메이커의 수혜를 추가로 받을 애프터마켓 부품주면 더 좋다.

= 케이엔제이, 월덱스

최선호주: 케이엔제이, 월덱스

차선호주: 티씨케이, 하나머티리얼즈, 비씨엔씨

따라서 다음 레포트는 케이엔제이에 대한 레포트를 작성하고자 합니다.

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반도체 기술 방향 + NAND 업황 회복 = 식각 부품株