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시장 역학 

동인: 초고순도 가스가 필요한 고급 반도체 노드의 확산

3nm 및 2nm 칩과 같은 고급 반도체 노드의 확산은 반도체 가스 시장의 주요 동인입니다. 이러한 최첨단 칩에는 결함 없는 제조와 최적의 성능을 보장하기 위해 초고순도 가스가 필요합니다. 예를 들어, 첨단 칩 생산 분야의 선두주자인 TSMC와 삼성은 EUV 리소그래피 및 플라즈마 에칭을 위해 삼불화질소(NF3) 및 헥사플루오로에탄(C2F6)과 같은 불소화 가스의 사용을 크게 늘렸습니다. 2024년에 TSMC는 3nm 생산 라인에 1,000미터톤 이상의 NF3를 소비하여 고급 제조에서 이러한 가스의 중요한 역할을 강조했습니다. 마찬가지로 삼성의 2nm 개발로 인해 박막 증착 및 세정 공정에 필수적인 실란(SiH4)과 염화수소(HCl)에 대한 수요가 증가했습니다.

반도체 가스 시장에서 이러한 가스에 대한 수요는 고성능 칩이 필요한 AI 및 기계 학습 애플리케이션의 채택이 증가함에 따라 더욱 가속화됩니다. 예를 들어, AI 애플리케이션에 널리 사용되는 NVIDIA의 GPU는 제조 중에 초고순도 가스가 필요한 고급 반도체 노드에 의존합니다. 또한, 자동차 부문이 전기 자동차(EV)로 전환함에 따라 전력 반도체 제조에 사용되는 아르곤 및 불화 화합물과 같은 특수 가스에 대한 수요가 증가했습니다. 2024년에 EV 부문은 전 세계적으로 500미터톤 이상의 아르곤 소비를 차지했으며, 중국이 EV 생산을 주도했습니다. 이러한 추세는 고순도 가스에 대한 수요를 촉진하는 데 있어 첨단 반도체 노드의 중요한 역할을 강조합니다.

동향: 반도체 제조를 혁신하는 현장 벌크 가스 공급 시스템

반도체 가스 시장의 주요 추세는 현장 대량 가스 공급 시스템을 채택하는 것이며, 이는 제조공장에서 가스 요구 사항을 관리하는 방식을 변화시키고 있습니다. Linde 및 Air Products와 같은 회사는 반도체 제조업체가 시설에서 직접 고순도 가스를 생산하고 저장할 수 있는 혁신적인 시스템을 도입했습니다. 2024년에 Linde는 전 세계적으로 50개 이상의 현장 시스템을 배포했으며, 특히 TSMC 및 SK 하이닉스와 같은 선도적인 팹이 운영되는 대만과 한국에 집중되어 있습니다. 이러한 시스템은 운송 비용을 절감하고, 오염 위험을 최소화하며, 질소 및 아르곤과 같은 중요 가스의 일관된 공급을 보장합니다.

이러한 추세는 대만, 한국, 미국 반도체 가스 시장 등 반도체 생산량이 많은 지역에서 특히 두드러집니다. 예를 들어, 대만에 있는 TSMC의 새로운 2nm 팹에는 매일 10,000입방미터 이상의 질소를 생산하는 현장 벌크 가스 공급 시스템이 갖추어져 있습니다. 마찬가지로, 미국에 있는 Intel의 공장도 효율성을 높이고 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 유사한 시스템을 채택했습니다. 현장 생산으로의 이러한 전환은 반도체 제조 분야의 지속 가능성에 대한 요구가 증가함에 따라 주도됩니다. 운송 및 보관의 필요성을 줄임으로써 이러한 시스템은 제조공장의 탄소 배출량을 크게 줄입니다. 2024년에는 현장 시스템이 주요 반도체 지역의 전체 가스 공급량의 30% 이상을 차지해 가스 관리에 대한 업계 접근 방식이 크게 바뀌었습니다.

과제: 지정학적 긴장 속에서도 희귀가스의 일관된 공급 보장

반도체 가스 시장의 가장 큰 과제 중 하나는 리소그래피 및 에칭 공정에 중요한 네온, 크립톤, 크세논과 같은 희유 가스를 지속적으로 공급하는 것입니다. 특히 러시아와 우크라이나 사이의 반도체 가스 시장의 지정학적 긴장으로 인해 이러한 가스에 대한 글로벌 공급망이 중단되었습니다. 네온의 주요 공급국인 우크라이나는 분쟁 이전에는 반도체 제조에 사용되는 전 세계 네온의 70% 이상을 생산했습니다. 2024년에 진행 중인 전쟁으로 인해 우크라이나의 네온 수출이 크게 감소하여 반도체 제조업체는 대체 공급원을 찾아야 했습니다. 예를 들어, 한국의 SK 하이닉스와 삼성은 부족으로 인한 영향을 완화하기 위해 국내 공급업체로 눈을 돌리고 재활용 기술에 투자했습니다.

반도체 가스 시장의 고급 반도체 제조에서 희유 가스에 대한 수요가 증가함에 따라 이러한 문제는 더욱 복잡해졌습니다. 예를 들어, 5nm 이하 칩 생산에 필수적인 ASML의 EUV 리소그래피 장비에는 고순도 네온의 안정적인 공급이 필요합니다. 2024년에 ASML의 고객은 전 세계적으로 500미터톤 이상의 네온을 소비하여 고급 제조에서 이러한 가스의 중요한 역할을 강조했습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일본과 미국과 같은 국가에서는 국내 생산 및 재활용 기술에 투자하고 있습니다. 예를 들어, 일본의 Taiyo Nippon Sanso는 증가하는 수요를 충족하기 위해 네온과 크세논 생산량을 늘렸습니다. 그러나 희유가스의 지속적인 공급을 보장하는 것은 반도체 산업에 있어 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다.

부분 분석 

유형별: 전자 특수 가스는 거의 65%의 시장 점유율을 차지합니다. 

염소, 암모니아, 실리콘 화합물 등을 포함한 전자 특수 가스는 반도체 가스 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며 전체 소비량의 약 65%를 차지합니다. 이러한 지배력은 집적 회로 제조의 기초를 형성하는 도핑, 에칭 및 증착 프로세스의 필수적인 역할에서 발생합니다. 2024년 고급 로직 노드에는 순도 99.9999%로 정제된 암모니아 기반 공급원료에 크게 의존하는 초정밀 도핑 단계가 필요합니다. 트랜지스터 채널의 결함률 최소화 선도적인 파운드리에서는 특수 실리콘 전구체가 기존 가스 혼합물에 비해 필름 증착 균일성을 최대 40% 향상시켜 장치 수율과 성능을 향상시킬 수 있다고 보고했습니다. 3D 스태킹과 같은 차세대 패키징 기술은 염소 화합물의 사용을 증폭시켜 금속 에칭 단계를 간소화했으며, 장치 레이어당 최대 18회의 에칭 사이클이 발생할 수 있습니다. 로직 및 메모리에서 더욱 작은 기하학적 구조를 향한 추진으로 인해 고순도 공간 가스에 대한 수요가 더욱 가속화되었으며, 이는 업계 전반에 걸쳐 이러한 재료의 필수 불가결성을 강조합니다.

반도체 가스 시장의 주요 소비자는 반도체 파운드리와 긴밀히 협력하는 통합 장치 제조업체(IDM) 및 팹리스 회사로 구성됩니다. 이들 모두는 수율을 극대화하기 위해 일관되고 초순수한 가스 흐름을 추구합니다. 2024년에는 전 세계 최소 25개 주요 제조 시설에서 첨단 기술이 개발된 것으로 보고되었습니다. 거의 미량 수준의 오염물질 검출을 달성하기 위해 자체 정화 시스템을 채택했습니다. 이러한 변화는 오염으로 인한 오류를 감당할 수 없는 복잡한 칩 아키텍처를 요구하는 고성능 컴퓨팅, 5G 네트워킹 및 AI 애플리케이션의 급증을 지원하는 데 매우 중요합니다. 결과적으로, 전자 특수 가스 생산업체들은 특수 패키징 개발에 대한 R&D 투자를 확대하여 고급 도핑 및 에칭에 대한 급증하는 수요에 맞춰 제품 라인을 조정했습니다. 2024년 업계 데이터에 따르면, 실리콘 전구체 출하량이 아시아에서만 약 120만 리터 증가하여 반도체 혁신의 주요 원동력으로서의 이러한 가스의 위상이 강화되었습니다.

공정별: 챔버 세정으로 반도체 가스 시장 점유율 30.7% 이상 차지 

기판 순도를 유지하려면 공정 챔버에서 축적된 잔여물을 제거해야 하기 때문에 챔버 세척은 반도체 제조에서 중요한 작업입니다. 2024년 첨단 제조 라인에서는 텅스텐, 폴리실리콘 및 기타 부산물과 같은 재료가 웨이퍼 패스당 최대 0.45g의 증착물을 형성할 수 있어 빈번한 세척 주기가 필요하다고 보고했습니다. 특수한 불소화 가스 및 기타 화합물, 특히 삼불화질소(NF₃)가 등장했습니다. 높은 세척 효율성과 관리 가능한 환경 프로필로 인해 선도적인 솔루션으로 일류 주조업체는 일반적으로 단일 300mm 도구로 매월 600회 이상의 세척 작업을 수행합니다. 클러스터 - 챔버 유지 관리를 위한 가스 소비의 엄청난 범위를 강조하는 수치입니다. 완고한 챔버 침전물을 제거함으로써 이러한 가스는 장비 수명을 연장하고 식각 및 증착 도구의 가동 중지 시간 비용을 낮춥니다. 종종 250°C 미만의 낮은 온도에서 세척할 수 있는 기능은 이러한 가스를 더 높은 에너지 투입량과 더 긴 작동 주기를 요구할 수 있는 플라즈마 기반 드라이 클리닝과 같은 대체 방법과 차별화합니다.

2024년에는 반도체 가스 시장의 일부 제조공장이 특히 루틴 챔버 컨디셔닝을 위해 총 공정 가스의 최대 25%를 할당하여 결함 없는 환경을 보장하고 안정적인 장치 성능을 보장하는 것으로 기록되었습니다. 이에 맞춰 2023년에 도입된 새로운 세척 화학 물질은 잔류물 축적을 12% 감소시켜 전체 생산 처리량을 높이는 동시에 오염 물질 수준을 1조분의 1 미만으로 유지하는 것으로 나타났습니다. 또한 진행 중인 연구에 따르면 일부 특수 세척 가스는 주기당 전체 챔버 세척 시간을 약 27초 단축하여 제조업체의 전기 비용을 연간 수만 달러 절약할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 운영 효율성은 7nm 이하의 기하학적 구조를 생산하는 최첨단 노드에서 가장 중요하며, 잔여 오염으로 인해 트랜지스터 성능이 크게 저하될 수 있습니다. 무어의 법칙을 준수하기 위해 보다 깨끗한 환경을 요구하는 글로벌 칩 제조업체에서 챔버 세정 가스는 필수 불가결한 것으로 입증되었으며, 노동 집약적이거나 효율성이 떨어지는 대안보다 선호되는 솔루션으로 자리매김했습니다.

애플리케이션별: 반도체 부품이 시장의 47.4% 이상을 점유 

반도체 부품 제조는 복잡한 장치 구조를 구축하기 위한 도핑, 패시베이션, 산화 및 관련 공정을 위한 특수 가스에 크게 의존합니다. DRAM 및 NAND 칩을 생산하는 메모리 공장은 가스 기반 작업과 관련된 거의 150개의 제조 단계로 확장했다고 보고했는데, 이는 3D 아키텍처의 레이어 수가 증가함에 따라 복잡성이 급증한 것을 반영합니다. 반도체 가스 시장의 장치는 고순도 포스핀 또는 삼불화붕소 공급원료에 의해 촉진되는 붕소 또는 인과 같은 이온의 분포를 요구하는 도핑 프로파일을 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 공급원료는 장치 성능을 손상시킬 수 있는 원치 않는 도핑 이상 현상을 방지하기 위해 10ppb 미만으로 정량화된 순도 표준을 충족해야 합니다. 또한 질화갈륨(GaN) 및 탄화규소(SiC)에서 볼 수 있는 화합물 반도체의 출현으로 전력 전자 장치에 맞는 특정 전기 및 열 특성을 달성하기 위해 트리메틸갈륨과 같은 특수 가스에 대한 의존도가 높아졌습니다. 실제로 일류 전력 칩 제조업체는 2024년 상반기에 테스트된 최소 22개의 새로운 도핑 가스 변형을 문서화하여 최적화된 장치 신뢰성과 효율성에 대한 지속적인 탐구를 강조했습니다.

이 응용 분야 전반에 걸쳐 반도체 가스 시장의 주요 가스에는 에피택셜 성장을 위한 실란, 고급 증착을 위한 디클로로실란, 무선 주파수(RF) 장치부터 마이크로 LED 디스플레이까지 모든 것을 지원하는 질화물 기반 층을 위한 암모니아가 포함됩니다. 현재 선도적인 시설에서는 최대 80회의 에피택시 사이클을 실행하고 있으며 각 사이클에서는 ±0.2% 허용 오차 내에서 정확하게 유지되는 부분 압력의 정밀한 가스 흐름이 필요합니다. 또한 2023년에 도입된 새로운 도핑 방법론은 특수 가스가 측벽 보이드의 가능성을 최대 60%까지 줄이는 고종횡비 트랜지스터 게이트를 허용합니다. 차세대 모바일 및 서버 프로세서에 더욱 섬세한 채널 구조가 나타나기 때문에 이러한 개선은 매우 중요합니다. 이러한 혁신의 원동력은 더 높은 성능, 더 낮은 전력 소비, 더 작은 폼 팩터에 대한 끊임없는 요구에서 비롯됩니다. 결과적으로 제조업체는 고급 가스 혼합 시스템, 다층 안전 프로토콜 및 실시간 순도 모니터링에 투자하여 모든 도핑 단계가 반도체 부품에 대한 엄격한 신뢰성 목표를 충족하도록 보장하고 있습니다.

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지역분석 

아시아 태평양, 반도체 가스 시장에서 78% 이상의 시장 점유율 확보

아시아 태평양 지역은 파운드리, 통합 장치 제조업체 및 대만, 한국, 중국 및 일본 전역의 시설 네트워크로 인해 전 세계 반도체 가스 소비 환경을 지배하고 있습니다. 2024년 현재 이들 국가는 식각, 증착, 작업을 위해 대량의 가스에 의존하는 85개 이상의 프런트엔드 제조 공장을 총체적으로 운영하고 있습니다. 이 지역의 강력한 공급망은 단기간에 특수 가스를 제공할 수 있는 전용 현지 공급업체에 의해 더욱 증폭됩니다. 업계 조사에 따르면 대만의 고급 로직 파운드리 업체만 해도 분기당 약 1,500만 개의 웨이퍼 시작으로 확장되어 불소 및 실리콘 전구체에 대한 상당한 수요가 발생하고 있습니다. 한국 메모리 제조업체는 2023년부터 최소 5개의 새로운 3D NAND 생산 라인을 통해 입지를 확장했습니다. 각 라인에서는 다층 적층 및 정밀 도핑을 달성하기 위해 삼불화질소, 실란 및 암모니아의 지속적인 흐름이 필요합니다. 이와 병행하여 중국 반도체 기업은 계속해서 300mm 팹 프로젝트를 늘리고 있으며 단 18개월 만에 6개 이상의 새로운 공장을 추가한 것으로 알려졌습니다. 이러한 전략적 확장은 특수 반도체 가스에 대한 이 지역의 비교할 수 없는 수요를 강조하여 아시아 태평양 지역을 첨단 칩 생산의 중심지로 굳건히 하고 있습니다.

• 반도체 제조기업 집중 덕분 

반도체 가스 시장에서 아시아 태평양 지역의 리더십을 뒷받침하는 원동력은 통합 모델을 채택한 주요 업계 기업의 집중입니다. TSMC, 삼성, SK 하이닉스와 같은 기업은 웨이퍼 공정뿐만 아니라 가스 사용을 정제하여 형상 크기를 줄이고 수율을 높이는 것을 목표로 하는 R&D 이니셔티브도 감독합니다. 2024년 일본 제조업체 컨소시엄은 극자외선(EUV) 리소그래피 공정을 위한 국지적 가스 정화 기술의 획기적인 발전을 보고했습니다. 이미 다른 4개 지역 회사에서 라이선스를 취득한 이 혁신은 제조 정밀도의 한계를 뛰어넘는 아시아의 역량을 의미합니다. 한편, 이 지역에서는 인재 개발에 막대한 투자를 하고 있으며, 30개 이상의 전문 대학에서 가스 취급 안전 및 공정 시뮬레이션을 통합한 고급 반도체 커리큘럼을 제공하고 있습니다. 학술 연구, 정부 인센티브, 다양하고 번창하는 강력한 민관 파트너십의 시너지 효과는 5nm 미만 노드 생산의 복잡성을 해결하는 새로운 솔루션의 꾸준한 흐름을 보장합니다. 종합적으로 볼 때, 이러한 요인들은 전 세계 반도체 가스의 4분의 3 이상이 아시아 태평양 공장을 통해 이동하여 모바일 장치에서 고성능 컴퓨팅에 이르기까지 모든 주요 전자 부문에 최첨단 칩을 공급하는 이유를 설명합니다.

반도체 가스 시장의 주요 기업:

• 에어리퀴드 SA
• 에어 프로덕츠 Inc
• 미국 가스 제품(AGP)
• 린데 그룹
• 그룹 SIAD
• 인디애나 산소 Inc.
• 이와타니 주식회사
• 스미토모 세이카 화학 주식회사
• 메서 그룹
• 미쓰이 화학 주식회사
• REC 실리콘 ASA
• 솔베이 SA
• 다른 플레이어

시장 세분화 개요:

유형별:

• 대량 가스
  • 질소
  • 산소
  • 아르곤
  • 헬륨
  • 수소
  • 이산화탄소
• 전자 특수 가스(ESG)
  • 염소
  • 암모니아
  • 규소
  • 기타

프로세스별:

• 챔버 청소
• 산화
• 침적
• 에칭
• 도핑
• 기타

애플리케이션별:

• 반도체 종류
• PCB
• 디스플레이
• 태양광(PV)
• 주도의
• 기타

지역별:

• 북아메리카
  • 미국
  • 캐나다
  • 멕시코
• 유럽 
  • 영국
  • 독일
  • 프랑스
  • 이탈리아
  • 스페인
  • 폴란드
  • 러시아 제국
  • 유럽의 나머지 지역
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  • 브라질
  • 라틴 아메리카의 나머지 지역