Tokyo Electron은 왜 일본 반도체 장비의 핵심 기업일까?

반도체 산업을 움직이는 글로벌 기업 ⑱

Tokyo Electron 증착·식각·세정·코터/디벨로퍼 기술의 비밀

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들어가며 – 일본은 반도체를 잃었지만 장비와 소재를 지배했다

앞선 16강과 17강에서는 미국의 대표적인 반도체 장비기업인 Applied Materials와 Lam Research를 살펴봤다.

이번 18강에서는 일본의 대표적인 반도체 장비기업 Tokyo Electron(TEL)을 알아보겠다.

일본은 과거 세계 반도체 산업에서 매우 강력한 위치를 차지했다.

하지만 한국과 대만, 미국 기업이 성장하면서 일본의 메모리와 반도체 제조 경쟁력은 과거에 비해 크게 변화했다.

그렇다고 일본의 반도체 산업이 사라진 것은 아니다.

오히려 일본은 반도체 소재와 장비 분야에서 세계적인 경쟁력을 유지하고 있다.

그 중심에 있는 기업 중 하나가 Tokyo Electron이다.

Tokyo Electron은 반도체를 직접 생산하는 기업이 아니다.

삼성전자처럼 메모리를 만드는 것도 아니고,

TSMC처럼 파운드리 서비스를 제공하는 것도 아니다.

대신 반도체를 만들기 위해 필요한 다양한 제조장비를 공급한다.

특히 증착, 식각, 세정, 코터/디벨로퍼 등의 분야에서 중요한 기술력을 가지고 있다.

이번 글에서는 Tokyo Electron이 어떤 회사인지부터 시작해 일본이 반도체 장비산업에서 강한 이유, TEL의 핵심 장비와 기술, GAA·3D NAND·HBM에서의 역할까지 살펴보겠다.

Tokyo Electron은 어떤 회사인가?

Tokyo Electron은 일본의 대표적인 반도체 제조장비 기업이다.

회사명은 흔히 TEL이라는 약칭으로도 불린다.

주요 사업 분야는 다음과 같다.

• 웨이퍼 제조장비
• 증착
• 식각
• 세정
• 코터/디벨로퍼
• 플라즈마 공정
• 검사 및 공정 관련 장비

Tokyo Electron의 특징은 한 가지 공정만 집중하는 것이 아니라 반도체 제조 전반에 걸쳐 다양한 장비 포트폴리오를 가지고 있다는 것이다.

따라서 반도체 제조기업이 새로운 공정을 개발할 때 TEL의 여러 장비가 생산라인에 활용될 수 있다.

일본은 왜 반도체 장비에 강할까?

일본이 반도체 장비와 소재 분야에서 강한 이유는 여러 가지가 있다.

첫 번째는 오랜 제조업 경험이다.

일본은 정밀기계와 화학, 소재, 전자부품 산업에서 오랫동안 기술력을 축적해 왔다.

두 번째는 반도체 산업과의 오랜 연계다.

일본은 과거 메모리 반도체와 전자산업에서 세계적인 경쟁력을 가지고 있었다.

이 과정에서 반도체 제조에 필요한 장비와 소재 기술도 함께 발전했다.

세 번째는 정밀한 생산기술이다.

반도체 장비는 매우 높은 수준의 정밀도와 안정성이 요구된다.

이러한 제조 기반은 일본 기업들이 장비산업에서 경쟁력을 확보하는 데 도움이 됐다.

반도체 장비는 왜 정밀도가 중요한가?

반도체는 점점 작아지고 있다.

트랜지스터의 크기가 줄어들면서 제조장비 역시 더욱 정밀해져야 한다.

예를 들어 웨이퍼 위에 아주 얇은 막을 형성한다고 생각해 보자.

막의 두께가 조금만 달라져도 반도체 특성이 달라질 수 있다.

식각 역시 마찬가지다.

원하는 부분보다 조금 더 많이 제거하면 회로 구조가 손상될 수 있다.

따라서 반도체 장비에는,

정밀도

균일성

재현성

수율

이 중요하다.

Tokyo Electron이 오랜 기간 반도체 장비 시장에서 경쟁력을 유지할 수 있었던 이유도 이러한 공정 기술의 축적과 관련이 있다.

Tokyo Electron의 핵심 장비 – 코터/디벨로퍼

Tokyo Electron을 이해할 때 특히 중요한 장비가 Coater/Developer다.

코터는 웨이퍼 위에 포토레지스트를 균일하게 도포하는 장비다.

디벨로퍼는 노광 후 포토레지스트를 현상해 원하는 패턴을 형성하는 데 사용된다.

쉽게 표현하면,

코터

→ 웨이퍼에 감광재를 균일하게 바르는 단계

↓

노광

→ 회로 패턴을 빛으로 전사

↓

디벨로퍼

→ 필요한 패턴을 현상

이라는 구조다.

이 공정은 반도체의 미세한 회로 패턴을 만드는 데 매우 중요하다.

ASML과 Tokyo Electron은 어떤 관계일까?

앞서 ASML을 설명하면서 노광공정을 살펴봤다.

ASML은 EUV와 DUV 등 노광장비 분야에서 세계적인 경쟁력을 가지고 있다.

그런데 노광장비만 있다고 반도체 제조가 끝나는 것은 아니다.

노광 전후에도 다양한 공정이 필요하다.

이때 Tokyo Electron의 코터/디벨로퍼 장비 등이 사용된다.

쉽게 표현하면,

Tokyo Electron

→ 노광을 준비하고 현상하는 공정 장비

ASML

→ 실제 회로 패턴을 웨이퍼에 노광

이라고 이해할 수 있다.

즉 두 회사는 경쟁기업이라기보다 반도체 제조라인에서 서로 다른 공정을 담당하는 경우가 많다.

증착 기술도 중요하다

Tokyo Electron은 증착 분야에서도 중요한 장비를 공급한다.

앞서 Applied Materials와 Lam Research에서 설명했듯이 증착은 웨이퍼 표면에 얇은 막을 형성하는 공정이다.

반도체에는 다양한 종류의 막이 필요하다.

• 금속막
• 절연막
• 반도체막
• 보호막

등이 사용될 수 있다.

반도체가 미세해질수록 막의 두께와 균일성을 더욱 정밀하게 제어해야 한다.

따라서 증착장비의 성능은 반도체 수율과 성능에 영향을 줄 수 있다.

ALD가 차세대 반도체에서 중요한 이유

앞선 16강에서도 ALD(Atomic Layer Deposition)를 설명했다.

ALD는 원자층 단위로 매우 얇은 막을 형성하는 증착 기술이다.

GAA와 같은 차세대 트랜지스터에서는 매우 복잡한 3차원 구조를 만들어야 한다.

이때 웨이퍼 표면 전체에 균일한 막을 형성하는 것이 중요하다.

따라서 원자 수준의 두께 제어가 가능한 증착 기술의 중요성이 커진다.

Tokyo Electron 역시 이러한 차세대 증착 기술을 개발해 왔다.

식각은 왜 중요한가?

Tokyo Electron은 식각 분야에서도 기술을 보유하고 있다.

식각은 웨이퍼에서 불필요한 물질을 제거해 원하는 구조를 만드는 공정이다.

앞서 Lam Research에서 설명했듯이 식각에는 매우 정밀한 공정 제어가 필요하다.

특히 3D NAND와 GAA에서는 식각의 난도가 높다.

예를 들어 3D NAND에서는 깊고 좁은 구조를 만들어야 한다.

GAA에서는 특정 재료만 선택적으로 제거하는 공정이 필요할 수 있다.

이러한 구조에서는 단순히 강하게 깎는 것이 중요한 것이 아니다.

원하는 물질만

원하는 방향으로

원하는 깊이만큼

제거해야 한다.

이것이 첨단 식각 장비의 핵심이다.

웨이퍼 세정도 중요한 공정이다

반도체 제조에서 의외로 중요한 것이 세정(Cleaning)이다.

반도체는 매우 미세한 구조를 가지고 있기 때문에 작은 먼지나 불순물도 제품에 영향을 줄 수 있다.

따라서 각 공정 사이에서 웨이퍼를 깨끗하게 유지해야 한다.

세정 공정은,

오염물 제거

잔여물 제거

파티클 감소

등을 목적으로 한다.

Tokyo Electron은 이러한 웨이퍼 세정 관련 장비와 기술도 보유하고 있다.

세정이 수율에 미치는 영향

반도체 제조에서 수율(Yield)은 매우 중요한 지표다.

웨이퍼 하나에서 정상적으로 작동하는 칩이 얼마나 많이 나오는지를 생각하면 이해하기 쉽다.

불량이 많으면 생산비용이 증가한다.

따라서 반도체 제조기업은 수율을 높이기 위해 노력한다.

이 과정에서 세정 기술도 중요하다.

미세한 오염이나 잔여물이 결함으로 이어질 수 있기 때문이다.

결국,

증착

식각

세정

노광

검사

가 서로 연결되어야 높은 수율을 확보할 수 있다.

3D NAND에서 Tokyo Electron의 역할

3D NAND는 반도체 메모리 셀을 수직 방향으로 쌓는 기술이다.

층수가 증가할수록 더 높은 용량을 구현할 수 있다.

하지만 제조공정의 난이도도 높아진다.

특히 수직 구조를 형성하려면,

• 증착
• 식각
• 세정
• 패터닝

등이 매우 정밀하게 이루어져야 한다.

Tokyo Electron은 이러한 다양한 공정에 필요한 장비를 공급할 수 있다.

따라서 3D NAND의 고층화는 TEL과 같은 장비기업에게 중요한 기술적 기회를 제공할 수 있다.

GAA 시대에 Tokyo Electron이 주목받는 이유

GAA는 차세대 로직 반도체의 핵심적인 트랜지스터 구조 가운데 하나다.

기존 FinFET에서는 게이트가 채널의 여러 면을 감싸는 형태였다.

GAA에서는 게이트가 채널을 더욱 완전하게 둘러싸도록 설계한다.

이 구조를 만들기 위해서는 다양한 재료층을 정밀하게 형성하고 제거해야 한다.

따라서,

증착

식각

세정

의 중요성이 함께 증가한다.

GAA가 확대되면 반도체 제조공정 자체가 더욱 복잡해지기 때문에 TEL과 같은 종합 장비기업에게 새로운 시장이 열릴 수 있다.

HBM에서도 장비기업이 필요하다

HBM은 AI 반도체 시장에서 매우 중요한 메모리다.

여러 개의 DRAM 다이를 수직으로 쌓기 때문에 제조공정이 복잡하다.

HBM 제조에서도 다양한 장비가 필요하다.

DRAM 제조

↓

웨이퍼 공정

↓

미세 패턴 형성

↓

식각·증착

↓

웨이퍼 가공

↓

적층·패키징

따라서 HBM 수요가 증가하면 관련 제조장비에 대한 투자도 증가할 수 있다.

AI 산업의 성장이 반도체 장비기업까지 연결되는 이유다.

Tokyo Electron과 Applied Materials의 차이

Tokyo Electron과 Applied Materials는 모두 종합적인 반도체 장비기업이다.

두 회사는 여러 공정에서 경쟁하고 있다.

하지만 각각의 역사와 제품 포트폴리오에 차이가 있다.

구분	Applied Materials	Tokyo Electron
국가	미국	일본
주요 분야	증착·식각·CMP·이온주입 등	증착·식각·세정·코터/디벨로퍼 등
강점	폭넓은 공정 포트폴리오	다양한 전공정 장비와 코터/디벨로퍼
주요 시장	로직·메모리·디스플레이	로직·메모리
경쟁력	공정 통합과 장비 기술	정밀 제조·공정 장비

실제로는 두 기업의 제품군이 상당 부분 겹치기 때문에 다양한 공정에서 경쟁 관계가 형성된다.

Tokyo Electron과 Lam Research의 차이

Lam Research 역시 Tokyo Electron과 일부 공정에서 경쟁한다.

특히 식각과 증착 등에서 기술적으로 비교되는 경우가 많다.

다만 기업마다 강점이 조금씩 다르다.

Lam Research는 식각 분야에서 특히 강한 경쟁력을 가지고 있다.

Tokyo Electron은 코터/디벨로퍼를 포함해 다양한 전공정 장비를 제공한다.

따라서 세 기업을 단순하게,

“누가 더 좋은 회사인가?”

로 비교하기보다는

어떤 공정에서 어떤 장비 기술을 가지고 있는가?

를 보는 것이 더 중요하다.

일본 반도체 장비기업의 진짜 경쟁력

Tokyo Electron을 통해 일본 반도체 산업을 보면 중요한 사실을 발견할 수 있다.

일본은 메모리 반도체 완제품 시장에서 과거만큼 강력하지 않을 수 있다.

하지만 반도체를 만들기 위해 필요한 장비와 소재에서는 여전히 세계적인 기업들이 존재한다.

대표적인 분야가,

• 반도체 제조장비
• 포토레지스트
• 실리콘 웨이퍼
• 특수 화학물질
• 패키징 소재
• 정밀부품

등이다.

즉,

반도체를 만드는 기업

뿐 아니라

반도체를 만들 수 있게 해주는 기업

에서도 일본의 영향력이 상당하다.

Tokyo Electron의 특허와 기술적 진입장벽

반도체 장비기업의 경쟁력을 판단할 때 특허는 중요한 요소다.

하지만 특허만으로 모든 경쟁력을 설명하기는 어렵다.

장비기업은 실제 반도체 생산라인에서 높은 성능과 안정성을 보여줘야 하기 때문이다.

Tokyo Electron이 가진 경쟁력은 다음과 같은 요소가 결합된 것으로 볼 수 있다.

• 장비 설계 기술
• 플라즈마 기술
• 진공 기술
• 화학공정
• 웨이퍼 처리 기술
• 정밀 제어
• 공정 데이터
• 고객사 공동개발 경험
• 지식재산권

특히 수십 년간 축적한 공정 노하우는 새로운 경쟁기업이 단기간에 따라가기 어렵다.

반도체 장비에서 고객사와의 협력이 중요한 이유

반도체 장비는 일반 소비자 제품과 다르다.

공장에 장비를 설치했다고 바로 생산이 가능한 것이 아니다.

반도체 제조기업의 공정에 맞게 장비를 최적화해야 한다.

예를 들어 삼성전자와 SK하이닉스가 서로 다른 공정을 사용한다면 장비 설정과 최적화 방식도 달라질 수 있다.

따라서 장비기업과 제조기업의 공동개발 경험이 중요하다.

이러한 협력관계가 장기간 축적되면 새로운 경쟁기업이 시장에 진입하기 더욱 어려워질 수 있다.

AI 반도체 시대에 Tokyo Electron이 중요한 이유

AI 반도체 시장이 성장하면 제조기업들은 더 많은 첨단 반도체를 생산해야 한다.

NVIDIA와 AMD의 AI 가속기뿐 아니라,

• HBM
• 서버 CPU
• 네트워크 ASIC
• 데이터센터용 반도체
• AI PC용 칩

등 다양한 제품이 필요하다.

이러한 반도체는 첨단 제조공정을 사용하는 경우가 많다.

따라서 반도체 생산시설에 대한 투자가 증가하면 장비기업도 영향을 받을 수 있다.

이것이 AI 산업을 분석할 때 Tokyo Electron 같은 장비기업까지 살펴봐야 하는 이유다.

Tokyo Electron의 미래 성장 분야

앞으로 TEL에서 주목할 수 있는 분야는 다음과 같다.

GAA

차세대 트랜지스터 구조의 확대에 따라 증착과 식각 기술 수요가 증가할 수 있다.

3D NAND

메모리 적층수가 높아질수록 정밀한 식각과 증착 기술이 중요해진다.

DRAM

차세대 DRAM 미세화가 진행되면서 정밀 공정장비의 중요성이 높아질 수 있다.

HBM

AI 시장 성장으로 고성능 메모리 생산이 확대되면 관련 장비 수요가 증가할 수 있다.

첨단 패키징

Chiplet과 3D 패키징이 확대되면서 새로운 웨이퍼 처리 기술이 필요해질 수 있다.

Tokyo Electron이 해결해야 할 과제

물론 TEL에도 여러 과제가 존재한다.

첫 번째는 반도체 업황의 변동성이다.

반도체 제조기업의 설비투자가 감소하면 장비기업의 매출에도 영향을 줄 수 있다.

두 번째는 미국과 유럽, 한국 등 다양한 국가의 장비기업과의 경쟁이다.

세 번째는 반도체 공정의 급격한 변화다.

GAA, 후면 전력 공급, 3D 적층 등 새로운 기술이 등장하면 새로운 장비가 필요하다.

네 번째는 중국 반도체 산업과 관련된 수출 규제와 지정학적 환경이다.

글로벌 반도체 장비기업은 국가별 정책과 수출규제의 영향을 받을 수 있기 때문에 사업환경 변화도 중요한 변수다.

마무리 – 일본 반도체의 힘은 ‘칩’보다 ‘칩을 만드는 기술’에 있다

Tokyo Electron을 살펴보면 일본 반도체 산업의 독특한 경쟁력을 이해할 수 있다.

일본은 과거 메모리 반도체 시장에서 세계적인 영향력을 가지고 있었다.

하지만 반도체 제조 경쟁이 한국과 대만, 미국 중심으로 재편되면서 완제품 반도체 시장에서의 위치는 크게 변했다.

그렇다고 일본의 반도체 기술력이 사라진 것은 아니다.

오히려 일본은 반도체 제조에 필요한 장비와 소재라는 중요한 영역에서 세계적인 기업을 계속 보유하고 있다.

Tokyo Electron이 대표적인 사례다.

TEL은 증착과 식각, 세정, 코터/디벨로퍼 등 다양한 반도체 제조공정 장비를 공급한다.

특히 반도체가 더욱 미세화되고 3차원 구조로 발전할수록 이러한 장비의 중요성은 높아질 가능성이 있다.

GAA에서는 정밀한 증착과 식각이 필요하고,

3D NAND에서는 깊고 좁은 구조를 만들기 위한 고종횡비 식각이 필요하다.

HBM에서는 고성능 DRAM 제조와 웨이퍼 가공, 적층과 패키징 기술이 중요하다.

그리고 이러한 모든 공정에는 반도체 제조장비가 필요하다.

따라서 반도체 산업의 흐름을 하나의 연결고리로 보면,

AI 반도체 수요 증가

↓

삼성전자·SK하이닉스·TSMC 등의 생산 확대

↓

첨단 공정 투자 증가

↓

증착·식각·세정·패터닝 장비 수요 증가

↓

Tokyo Electron·Applied Materials·Lam Research 등의 기술 중요성 증가

라는 구조로 이해할 수 있다.

Tokyo Electron을 한 문장으로 정리하면 다음과 같다.

Tokyo Electron은 반도체를 직접 만드는 기업이 아니라, 반도체 제조기업이 더 작고 복잡한 반도체를 생산할 수 있도록 핵심 공정 장비와 기술을 제공하는 일본의 대표적인 반도체 장비기업이다.

그리고 앞으로 반도체 산업에서 중요한 것은 단순히 몇 나노미터인가만이 아니다.

어떤 트랜지스터 구조를 만들고, 어떤 재료를 사용하며, 얼마나 정밀하게 쌓고 깎고 세정할 수 있는가가 점점 더 중요해질 것이다.

그 변화의 중심에 Tokyo Electron과 같은 반도체 장비기업이 있다.

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핵심 정리

• Tokyo Electron은 일본을 대표하는 반도체 제조장비 기업이다.
• 업계에서는 TEL이라는 약칭으로도 널리 알려져 있다.
• 주요 장비 분야는 증착, 식각, 세정, 코터/디벨로퍼 등이다.
• 코터는 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하고 디벨로퍼는 노광 후 패턴을 현상하는 역할을 한다.
• ASML이 노광장비에 강점을 가지고 있다면 TEL은 노광 전후의 다양한 공정장비에서 중요한 역할을 한다.
• 증착은 웨이퍼 위에 얇은 막을 형성하는 공정이다.
• 식각은 불필요한 물질을 제거해 원하는 반도체 구조를 만드는 공정이다.
• 세정은 웨이퍼의 오염과 잔여물을 제거해 공정 수율을 높이는 데 중요하다.
• 3D NAND에서는 고종횡비 구조를 만들기 위한 식각 기술이 중요하다.
• GAA에서는 정밀한 증착과 식각, 세정 기술이 필요하다.
• HBM 생산 확대 역시 반도체 제조장비 수요와 연결될 수 있다.
• Applied Materials와 Lam Research는 TEL의 주요 경쟁기업이다.
• TEL의 경쟁력은 특허뿐 아니라 정밀 장비 설계, 공정 데이터, 생산 안정성, 고객사와의 공동개발 경험에 있다.
• 일본은 완제품 반도체보다 소재와 장비 분야에서 여전히 중요한 경쟁력을 가지고 있다.
• AI 반도체와 HBM 시장이 성장할수록 첨단 제조장비의 중요성도 높아질 가능성이 있다.