2nm 이하 초미세 공정의 수율을 결정짓는 물리적 임계점은 노광이 아닌 웨이퍼 클리닝(Wafer Cleaning)에서 발생하고 있다. 세계 1위 반도체 장비 기업 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials, 이하 AMAT)가 세계 1위 웨이퍼 클리닝 장비 기업 스크린(SCREEN SPE)을 자사의 R&D 허브인 EPIC(Equipment and Process Innovation and Commercialization) 센터로 끌어들인 것은 단순한 기술 협력이 아니다. 이는 GAA(Gate-All-Around) 및 3D 구조로 진화하는 반도체 공정에서, 특히 세정 과정에서 발생하는 치명적인 물리적 난제를 해결하고, 글로벌 파운드리 밸류체인 내에서 ‘공정 통합 솔루션’의 주도권을 독점하려는 철저히 계산된 전략적 행보다.
1. 핵심 기술 및 공급망 이슈 분석
반도체 미세화가 2nm 노드 이하로 진입하면서, 기존의 습식 웨이퍼 클리닝(Wet Wafer Cleaning) 방식은 엔지니어링적 한계에 직면했다. 나노시트(Nanosheet)와 같은 미세 3D 구조물 사이의 파티클을 제거하기 위한 세정 과정에서 액체를 사용할 경우, 건조 과정에서 발생하는 표면장력(Surface Tension)과 모세관 현상(Capillary Action)으로 인해 미세 패턴이 붕괴(Pattern Collapse)되는 물리적 현상이 발생한다.
AMAT는 증착(Deposition)과 식각(Etch) 분야의 절대 강자이나, 이 세정 공정의 부재로 인해 완벽한 수율 제어 루프를 완성하는 데 한계가 있었다. SCREEN은 단일 웨이퍼 클리닝(Single-Wafer Cleaning) 장비 시장의 약 50% 이상을 점유한 독점적 기업이다. AMAT가 EPIC 센터에 SCREEN을 합류시킨 것은, 자사의 진공 기반 재료 공학 기술과 SCREEN의 유체 제어 기술을 공동 최적화(Co-optimization)하여 패턴 붕괴 없이 오염 물질을 제거하는 하이브리드 세정 솔루션을 파운드리 고객사에게 ‘턴키(Turn-key)’로 제공하겠다는 의미다. 이는 개별 장비 단위의 성능 경쟁을 넘어, 공정 간 인터페이스를 장악하여 ASML이나 TEL(도쿄일렉트론) 등 경쟁사 대비 우위를 점하려는 공급망 지배력 강화 전략이다.
2. 밸류체인 및 소부장 영향성 평가
2-1. 핵심 부품 및 소재 공급망 변화
이번 협력은 세정 장비 자체의 변화뿐만 아니라, 하위 밸류체인인 부품 및 화학 소재 생태계의 재편을 강제한다. 기존의 단순 초순수(UPW)나 RCA 세정액 기반의 공정은 한계에 달했다. AMAT와 SCREEN의 공동 연구는 표면장력을 극단적으로 낮춘 신규 계면활성제(Surfactant), 이소프로필알코올(IPA) 건조 기술의 고도화, 혹은 유체를 사용하지 않는 건식 웨이퍼 클리닝(Dry Cleaning) 및 초임계 세정(Supercritical Fluid Cleaning) 기술로의 전환을 가속할 것이다.
이에 따라 특수 가스, 고순도 케미컬, 그리고 해당 장비 내식성을 견디는 특수 폴리머 및 쿼츠 부품을 공급하는 벤더들의 기술 스펙 요구치가 급격히 상향될 것이다. 글로벌 소재 기업들은 AMAT-SCREEN이 제시하는 새로운 세정 표준(Standard)에 자사 소재를 인증(Qualification)받지 못하면 차세대 공정 시장에서 도태될 위험에 처했다.
2-2. 글로벌 주요 제조사별 기술 도입 로드맵 격차
TSMC, 인텔, 삼성전자는 각기 다른 셈법으로 이 연합체의 결과물을 주시하고 있다.
- 인텔(Intel): High NA EUV를 선제적으로 도입하며 18A(1.8nm) 공정 수율 확보에 사활을 걸고 있다. 노광 해상도가 극단적으로 높아진 만큼, 웨이퍼 표면의 나노 단위 결함(Defect) 통제가 필수적이므로, 정밀 세정을 통해 AMAT-SCREEN의 통합 솔루션을 가장 적극적으로 도입할 가능성이 높다.
- TSMC: N2 공정부터 GAA 구조를 도입함에 따라 후면 전력 공급망(BSPDN) 등 복잡한 3D 구조에서의 세정 난제를 겪고 있다. TSMC는 자사의 강력한 자체 공정 레시피를 유지하려 하겠으나, 수율 안정화를 위해 EPIC 센터의 결과물을 선택적으로 수용할 것이다.
- 삼성전자: 캡티브(Captive) 장비사인 세메스(SEMES)를 통해 세정 장비 내재화를 추진해 왔다. 그러나 AMAT-SCREEN 연합이 제시하는 ‘증착-식각-세정 통합 최적화’ 데이터에 대응하기 위해서는 독자 노선의 한계를 극복해야 하는 딜레마에 빠지게 된다.
3. 기술적 이면의 복선 및 향후 관전 포인트
AMAT가 SCREEN을 품은 이면에는 첨단 패키징(Advanced Packaging) 시장의 폭발적 성장이 자리 잡고 있다. HBM(고대역폭메모리)과 2.5D/3D 패키징 공정에서는 TSV(실리콘 관통 전극) 형성 후 잔여물 제거나 마이크로 범프(Micro Bump) 주변의 플럭스(Flux) 세정이 칩의 신뢰성을 좌우한다.
관전 포인트는 이 연합이 향후 극저온 에어로졸 웨이퍼 클리닝(Cryogenic Aerosol Cleaning)이나 플라즈마 기반 건식 웨이퍼 클리닝 기술의 상용화 주도권을 어떻게 가져갈 것인가이다. AMAT는 자사의 진공 챔버 기술을 활용해 세정 공정마저 진공 상태에서 연속 처리하는 클러스터 툴(Cluster Tool)을 개발하려 할 것이다. 이는 기존 대기압 기반의 습식 웨이퍼 클리닝 라인을 구축하던 팹(Fab)의 레이아웃 자체를 붕괴시키는 파괴적 혁신이 될 수 있다.
4. 종합적 시사점 및 결론
AMAT와 SCREEN의 동맹은 글로벌 반도체 장비 시장이 ‘단일 공정 최적화’에서 ‘다중 공정 통합 제어’ 시대로 완전히 전환되었음을 선언하는 사건이다. 이는 국내 소부장 생태계에 심각한 위협이자 도전 과제다.
국내 1위 세정 장비 기업인 세메스(SEMES)를 비롯해 테스(TES), 피에스케이(PSK) 등은 단일 장비의 국산화율을 높이는 과거의 전략에서 벗어나야 한다. 삼성전자, SK하이닉스 등 소자 기업과의 단순 협력을 넘어, 세정 공정이 증착 및 식각 공정과의 상호 작용을 분석할 수 있는 데이터 기반의 R&D 플랫폼을 구축하지 못하면 글로벌 벤더들의 ‘통합 솔루션 종속성’에 갇히게 될 것이다. 또한, 솔브레인, 한솔케미칼, 동진쎄미켐 등 국내 핵심 소재 벤더들은 표면장력 제어 한계를 돌파할 차세대 초임계 유체 소재 및 건식 웨이퍼 클리닝용 특수 가스 개발에 국가적 R&D 역량을 집중해야만 글로벌 GVC 내에서 대체 불가능한 지위를 확보할 수 있을 것이다.
참고 및 관련 자료
공식 문서
- Applied Materials, SCREEN SPE EPIC 센터 파트너십 공식 보도자료 (2026.05)
- Applied Materials, EPIC Center 소개 공식 페이지
- Applied Materials × TSMC, EPIC 센터 공동혁신 파트너십 발표 (2026.05)
- Applied Materials × 삼성전자, EPIC 센터 합류 발표 (2026.02)
분석 및 기술 심층 자료
- GAA 나노시트 구조에서의 웨이퍼 클리닝 기술 과제 분석 — Semiconductor Engineering (2022)
- 세메스(SEMES) 세정 공정, 국가핵심기술 지정 — Digitimes (2025.07)
- TEL, 초임계 유체 활용 패턴 붕괴 방지 세정 장비 CELLESTA SCD 출시 — TEL 공식 뉴스룸 (2020)
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