반도체 제조 장비
전·후공정의
주요 반도체 장비 시장
1) 시장의 개요
신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19) 여파로 인한 정보기술(IT) 기반의 비대면 문화 확산으로 PC, 노트북 TV 수요가 증가하면서 반도 체 수요가 증가하고 있다. COVID-19로 자동차 판매가 급감하자 차량 용 반도체 주문을 줄인 완성차업체들이 예상치 못한 빠른 속도로 자동 차 수요가 회복되면서 차량용 반도체 부족으로 자동차를 생산하지 못하 고 있다. 또한 ‘산업의 쌀’에서 ‘국가 안보의 쌀’로 여겨진 반도체가 패 권전쟁의 새 시대를 열고 있다. 글로벌 강국들이 반도체 생산을 포기하
면 산업생태계가 흔들린다는 위기감과 최근 쟁점이 되는 첨단 산업 인 공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 전기차, 자율주행차 등의 미래 기술 패권 경쟁에서 밀려나면 안보까지 위협받을 수 있다는 우려를 하고 있다.
반도체 제조는 매우 어렵고 고밀도화 되고 고집적화 됨에 따라 고 품질 제조 장비가 필요하다. 반도체 제조 장비는 전공정과 후공정으 로 구분되며, 포토(Photo) 공정, 에칭(Etching) 공정, 세정 및 건조, 열처리, 불순물 주입 및 박막형성 공정 등을 전공정이라 하고, 웨이퍼 절단(Sawing), 칩본딩(Die Bonding), 와이어본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding)공정 등을 후공정이라 한다.
KEY FINDING
1. 반도체 산업은 4차 산업혁명 시대를 대표하는 모든 핵심기술의 중심에 설치돼 반도체 제조산업 생태계가 요동치는 패권전쟁의 새 시대를 열고 있다.
2. 반도체 제조 장비 시장은 2020년 624억 달러에서 연평균 9.0%의 성장률로 증가하여, 2025년에는 959억 달러에 이를 것으로 예상된다.
3. 반도체 수요 확대에 따른 글로벌 반도체 시장의 급성장과 글로벌 빅테크 기업들이 반도체 자체 개발을 추진하는 등 생태계 변화가 가속화되고 있다.
4. COVID-19 전염병으로 인해 IoT 장치의 보급 증가, 중국의 칩 산업 확장, 데이터 센터와 서버의 증가, 고급 패키징 제품 시장 개발 등의 기회 요인이 반도체 제조 장비 시장 성장에 6.0~9.0% 기여할 것으로 예상된다.
데이터분석본부 수도권지원 책임연구원
정 의 섭
Tel: 02-3299-6132 e-mail: esjng@kisti.re.kr02 03
2) 각 국가의 반도체 전략 및 정책
반도체에 대한 전략적 경쟁이 심화됨에 따라 미국, 유럽, 일본, 중 국 등 여러 나라가 반도체 산업의 독자적인 생태계 구축방안을 모색 하면서도 반도체 공급망 재편을 추진하고 있다.
미국의 경우 반도체 분야에서 장기적으로 경제안보와 글로벌 리더 십을 유지하기 위해 정책 의지를 표명하고 법적 근거를 마련해 반도 체 관련 대규모 중장기 R&D 사업을 추진하고 있다. 중국의 경우 반 도체 산업의 자립 정책을 강화하고 인공지능 반도체 기술과 소프트웨 어를 디지털 경제의 핵심 기술로 주목하며 질적 고도화를 추진하고 있다. 유럽에서는 디지털 주권을 목표로 첨단 반도체 기술을 확보하
기 위해 EU 차원에서 인공지능 반도체 산학협력 기반 공동연구를 강 화하고 있다. 일본의 경우 반도체 강국으로의 재도약을 목표로 반도 체 전략을 수립하고 인공지능 칩 개발을 지원하는 실험 환경을 구축 하고 중장기 인공지능 칩 개발에 박차를 가하고 있다. 대만은 정부 주 도의 반도체 산업단지와 기술연구소를 설립, 반도체에 특화된 연구 환경을 조성하고 공정기술을 강점으로 하여 인공지능 칩 분야를 확대 하고 있다.
우리나라의 경우 반도체 산업 강국을 목표로 '인공지능 반도체 산업 발전전략'과 'K-반도체 전략'을 수립함과 동시에 핵심 수요분야인 '자 동차용 반도체 수급 단기대응 및 산업역량 강화전략' 등을 수립했다.
표 1 반도체 장비의 분류
구 분 공 정 장 비
전공정
포토(Photo) Track(Coater & Developer), Stepper, Aligner 에칭(Etching) Etcher, Asher
세정 및 건조 Wet Station, Wafer Scrubber, Dryer 열처리 Furnace, Anealing M/C, RTP 불순물 주입 Ion Implanter
박막 형성 CVD(LPCVD, APCVD, PECVD, MOCVD), PVD(Sputter, Evaporator), Epitaxial 성장, CMP
후공정
다이싱(Dicing) Dicer
본딩(Bonding) Die Bonder, Wire Bonder, TAB Bonder
패키징(Packaging) Molding, Triming/Forming, Banking, Soldering, Marking
검 사 Wafer Prober, Tester(Logic Tester, Memory Tester), Test Handler, Burn-In
기 타 설계, 웨이퍼 제조, 운송설비 등
자료: 반도체 장비, 한국과학기술정보연구원, 2015
표 2 주요국 반도체 전략 및 주요 내용
구 분 주요 내용
한 국
• ‘신산업 창출 파워 반도체 사용화 사업 추진’, 전력 반도체의 해외 의존도 축소 지원계획
• ‘K-반도체 전략’으로 공급망 구축 및 R&D 투자 세액 최대 40% 공제, 2030년까지 510조 원 이상 투자
• △설계·제조·소부장·장비·패키징 K-반도체 벨트 조성을 통한 공급망 안정화 △세제·금융·전력·용수 등 인프라 지원 확대 △인력·시장·기술 등 반도체 성장기반 확보 및 강화 △반도체 위기 대응력 제고
3) 시장동향 및 전망
시장 규모
반도체 산업은 5G·자율주행·사물인터넷(IoT)·인공지능(AI) 발달 에 따른 반도체 수요 확산으로 성장세가 지속되고 국내외 반도체 제 조 장비 시장 규모도 성장할 것으로 전망된다. 세계 반도체 제조 장 비 시장은 2020년 624억 달러에서 2025년까지 연평균 9.0%의 성
장률로 증가하여, 2025년에는 959억 달러에 이를 것으로 예상되며, 반도체 제조역량의 대부분이 아시아에 집중되어 있다.
구 분 주요 내용
미 국
• 「CHIPS for America Act」를 통해 2024년까지 반도체 장비 및 제조시설 투자비의 40% 수준 세액공제, 150억달러 (한화 약 17.6조 원) 규모의 연방기금 조성 후 미국 내 파운드리 건설 지원
• 「America Foundries Act of 2020」을 통해 반도체 설비 확충·핵심 생산기술 R&D에 250억 달러(한화 약 29.3조 원) 투자
일 본
• 첨단 반도체 양산체제 구축, 차세대 반도체의 설계 및 개발 강화, 반도체 기술의 그린이노베이션, 국내 반도체 제조기반 재생, 경제 안전 보장 관점에서의 국제전략 추진
• 차세대 반도체 기술 개발에 2,000억 엔(한화 약 213.5조 원) 투자, AI 칩 및 차세대 컴퓨팅 사업에 100억 엔(한화 약 10.7조 원) 투자
유 럽 • 2030년까지 글로벌 생산에서 EU 점유율 20% 달성 목표
• EU 예산 중 RRF(Recovery and Resilience Facility)를 통해 향후 2~3년간 1,450억 유로(한화 약 199조 원) 투자
중 국
• 중국제조 2025’를 통해 2025년까지 반도체 자급률 70% 달성 목표
• 신시대 집적회로 산업과 소프트웨어 산업의 질적 발전 촉진을 위해 반도체 소재 및 설비 산업 발전 추진
• 제14차 5개년 경제계획(2021~25)을 통해 반도체 산업 육성·기업에 대한 세제 지원
자료: 대만 반도체 전략의 주요 내용과 전망, KIEP 세계경제 포커스 2021.8.25
국가 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR
(2020~2025)
미 국 8,588 9,131 12,798 12,811 12,868 12,978 8.6%
독 일 2,191 2,254 3,057 3,177 3,360 3,264 8.3%
한 국 10,050 10,450 14,060 14,630 15,480 15,320 8.8%
중 국 8,390 9,340 13,200 13,600 14,350 14,210 11.1%
대 만 6,550 7,210 9,530 9,540 10,000 10,330 9.5%
일 본 4,990 4,500 5,900 6,920 7,690 7,430 8.3%
자료: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT MARKET WITH COVID-19 IMPACT ANALYSIS - GLOBAL FORECAST TO 2025
국가별 전공정 반도체 제조 장비의 시장 규모 (단위: 백만 달러)
표 3
반도체 제조 장비 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 042 반도체 제조 장비 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 042
전공정 반도체 제조의 핵심 장비로는 리소그라피(Lithography)장 비, 웨이퍼 표면 컨디셔닝 장비, 증착 장비가 있으며, 후공정 반도체 제조의 주요 장비에는 웨이퍼 검사장비, 조립 및 패키징 장비가 있다.
리소그라피 장비 시장은 2020년 131억 달러에서 2025년에는 197억 달러, 웨이퍼 표면 컨디셔닝 장비 시장은 2020년 109억 달러 에서 2025년에는 183억 달러, 증착 장비 시장은 2020년 88억 달러
에서 2025년 129억 달러에 이를 것으로 전망된다.
웨이퍼 검사 장비 시장은 2020년 40억 9,300만 달러에서 2025 년에는 78억 5,600만 달러, 조립 및 패키징 장비 시장은 2020년 26 억 2,000만 달러에서 2025년에는 45억 6,600만 달러에 이를 것으 로 전망된다.
국가별 후공정 반도체 제조 장비의 시장 규모 (단위: 백만 달러)
국가 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR
(2020~2025)
미 국 1,919 2,087 2,992 3,064 3,148 3,248 11.1%
독 일 424 448 626 670 729 729 11.5%
한 국 1,802 1,925 2,661 2,844 3,092 3,142 11.8%
중 국 1,504 1,721 2,499 2,644 2,867 2,915 14.2%
대 만 1,175 1,329 1,803 1,856 1,996 2,119 12.5%
일 본 894 830 1,116 1,345 1,536 1,525 11.3%
자료: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT MARKET WITH COVID-19 IMPACT ANALYSIS - GLOBAL FORECAST TO 2025 표 4
세부 반도체 제조 장비의 시장 규모 (단위: 백만 달러)
구분 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR
(2020~2025)
리소그라피 13.1 13.6 18.5 19.1 20.1 19.7 8.5%
웨이퍼 표면 컨디셔닝 10.9 11.6 16.1 17.0 18.2 18.3 10.8%
증착 8.8 9.1 12.3 12.6 13.2 12.9 7.9%
웨이퍼 검사 4,093 4,488 6,589 7,185 7,797 7,856 13.9%
조립 및 패키징 2,620 2,761 3,921 4,121 4,497 4,566 11.8%
자료: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT MARKET WITH COVID-19 IMPACT ANALYSIS - GLOBAL FORECAST TO 2025 표 5
경쟁 현황
반도체 제조 장비 주요 기업으로는 Applied Materials(미국), ASML(네덜란드), LAM Research(미국), Tokyo Electron(일본), KLA-Tencor(미국) 등이 있다.
Applied Materials(미국)는 반도체 제조 장비 시장의 핵심 기업
중 하나이며, 새로운 칩과 첨단 디스플레이를 생산하는 데 사용되는 엔지니어링 솔루션을 제공하는 글로벌 기업이다.
ASML(네덜란드)는 반도체 칩 제조업체를 위한 리소그라피 장비 를 개발, 생산 및 판매하고 있다. LAM Research(미국)는 반도체 제 조 장비의 선두 기업으로 칩 제조업체에게 더 작고 빠르며 더 나은 성능의 전자 장치를 제조한다.
Tokyo Electron(일본)는 반도체 제조 장비 시장의 핵심 업체이며, 반도체 생산 장비(SPE)와 평면 디스플레이(FPD) 생산 장비 등 2개 의 제품군을 보유하고 있다. KLA-Tencor(미국) 반도체 장치, 고급
패키징 솔루션, 발광 다이오드 (LED) 디스플레이, 전력 장치 및 데이 터 저장 시스템에 구현할 수 있는 수율 관리 및 공정 제어 솔루션을 제공하고 있다.
4) 애널리스트 인사이트
정책적 측면에서 국가의 반도체에 대한 정책은 반도체 분야 글로 벌 리더십을 유지하기 위한 경쟁에 돌입하였다. 첨단기기·무기를 구 성하는 반도체의 중요성이 강조되면서 주요 국가의 반도체 정책은 신 반도체 패권 전쟁 시대를 열었다.
사회적 측면에서는 COVID-19로 인한 소비자 가전 시장의 성장으 로 인해 파운드리 수요가 증가할 것으로 전망된다. 소비자 전자 제품 은 반도체 산업에 전적으로 의존하는 가장 큰 부문 중 하나로, 반도체 기술은 하드웨어 제품의 새로운 역량을 가능하게 하여 새로운 범주의 제품 및 서비스를 도입함으로써 여러 부문에 영향을 미친다.
표 7 반도체 제조 장비의 사업 기회 분석
Policy Market
신 반도체 패권전쟁 시대
• 경제 및 안보 차원에서 반도체 분야 글로벌 리더십 유지 경쟁
• 주요 국가의 반도체 정책 변화
• 반도체 생산시설의 자국 내 유치 정책에 따른 제조 장비 시설 구축 증가
반도체 산업 확대
• 수요 확대에 따른 생태계 변화
• 인공지능 반도체 시장의 폭발적 성장
• 자동차 분야의 반도체 소자의 수요 증가로 인한 반도체 제조 장비 시장의 성장 견인증가
Society Technology
코로나의 영향
• R&D 시설 투자 증가
• 가전제품 시장의 확대
• COVID-19 이후 반도체 애플리케이션 수요에 부응하기 위한 설비 투자
인공지능 반도체 핵심기술
• 첨단 반도체, 저전력 반도체 수요 증가
• 인공지능 반도체 기술력 강화 필요
• 반도체 산업의 수요를 충족시키기 위한 제조 장비의 업그레이드
기업명 서비스 장비
Applied Materials(미국) 반도체 시스템, 팹 컨설팅 및 응용 글로벌 서비스, 디스플레이 및 인접시장 기술 등
ASML(네덜란드) 리소그라피 시스템, 계측 및 검사 시스템, 소프트웨어 등
LAM Research (미국) 증착장비, 에칭장비, 장비 제거 및 청소 등
Tokyo Electron (일본) 반도체 생산장비, 평판 디스플레이 생산장비 등
KLA-Tencor (미국) 결함 검사, 계측, 패터닝 시뮬레이션, 현장 프로세스 관리 등
자료: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT MARKET WITH COVID-19 IMPACT ANALYSIS - GLOBAL FORECAST TO 2025 반도체 주요기업의 서비스 제공 현황
표 6
06
기회요소 성장 요인
COVID-19 전염병으로 IoT 장치의 보급 증가
• 사물 인터넷(IoT)은 액추에이터, 소프트웨어, 전자 제품 및 센서가 내장된 디지털 기계, 컴퓨팅 장치 및 기타 스마트 장치의 인터네트워킹임
• 실리콘은 센서, 칩, 다이오드 및 기타 전자 회로를 제조하는 데 사용되는 선호 재료임. 증가하는 실리콘 수요는 더 많은 처리 와 세척을 의미하며 이에 따른 세척 장비의 수요 증가가 예상됨
• 향후 5년 내에 1.5~2.0%의 성장에 기여
중국의 칩 산업 확장
• 중국은 전 세계적으로 전자 제품의 제조 및 공급에서 앞서 있음. 전자 장치에 대한 수요 증가는 IC 제조 증가로 이어졌음
• 약 289개의 반도체 웨이퍼 제조 또는 패키징 및 테스트 공장이 중국의 20개 성에 걸쳐 있음. 또한, 합작투자를 포함하여 중 국의 80여 개 기업이 반도체 장비 연구 및 제조에 참여하고 있음
• 향후 5년 내에 1.0~2.0%의 성장에 기여
COVID-19 발생으로 데이터 센터 및 서버의
증가
• Meta Platforms, Inc(미국), Microsoft Corporation(미국), Google, Inc.(미국), Apple, Inc.(미국) 및 Amazon.com, Inc.
(미국)와 같은 대기업은 전 세계의 데이터 센터
• 저전력, 높은 처리량 및 높은 스토리지를 위한 반도체 기술의 발전은 데이터 센터 및 컴퓨팅 애플리케이션의 성장이 직면한 여러 문제를 해결하는 데 도움이 됨
• 향후 5년 내에 2.0~3.0%의 성장에 기여
고급 패키징 제품 시장 개발
• 특히 반도체 산업에서 첨단 패키징 제품 시장은 정확성과 이미징 데이터 제어에 대한 요구 사항이 높아짐에 따라 성장하고 있음
• 첨단 패키징 제품 시장은 IC의 정확도와 더 작은 풋프린트에 의해 주도되며, 이는 EUVL 시스템에 새로운 기회를 제공함
• 향후 5년 내에 1.5~2.0%의 성장에 기여 자료: MarketsandMarkets Analysis, KISTI 재구성
반도체 제조 장비 기회 및 성장 요인 표 8
반도체 제조 장비의 시장 측면에서는 차량용 반도체의 품귀현상, 스마트폰용 반도체의 극심한 부족 등의 요인이 반도체 시장의 생태계 를 바꾸고 있다. 여기에 구글, 애플, 메타, 아마존, 테슬라 등 글로벌 빅테크 기업들은 반도체 자체개발을 추진하거나, 반도체 전문기업의 합종연횡 등으로 반도체 생태계 변화가 가속화되고 있다. 또한, 산업 전 분야로 인공지능 기술 활용이 급속히 확산되면서 학습·추론 기능 등을 수행하고, 인공지능 시스템에 최적화된 첨단반도체의 필요성이 증가하고 있다.
기술 측면에서는 IoT, AI, 5G 서비스에서 대량의 데이터를 빠르게
처리하는 첨단 반도체와 기후변화 대응과 저탄소 배 출 저감에 필요한 저전력 반도체 수요
의 지속적인 증가에 맞춘 기술 개 발이 요구된다.
반도체 산업에서 첨단기술 이 발전하고 있는 상황에서 반도체 제조 장비의 기회와 성장요인은 다음과 같이 요약할 수 있다.
[1] SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT MARKET WITH COVID-19 IMPACT ANALYSIS - GLOBAL FORECAST TO 2025.
[2] 반도체 제조장비 시장, 글로벌 시장동향보고서, 연구개발특구진흥재단, 2021.03.
[3] 신 반도체 전쟁, 이코노미 조선, 2021.03.17.
[4] 인공지능 반도체, 미래성장동력을 넘어 국가안보의 핵심기술로 부상, 정보통신기획평가원, 2021.07.29.
[5] 대만 반도체 전략의 주요 내용과 전망, 세계경제 포커스, 2021.08.25
참고문헌
반도체 제조 장비 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 042 반도체 제조 장비 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 042
분원 (우) 02456 서울특별시 동대문구 회기로 66 한국과학기술정보연구원
