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시장 역학 

주요 원인: 초고순도 가스를 필요로 하는 첨단 반도체 노드의 확산

3nm 및 2nm 칩과 같은 첨단 반도체 노드의 확산은 반도체 가스 시장의 주요 성장 동력입니다. 이러한 최첨단 칩은 결함 없는 제조와 최적의 성능을 보장하기 위해 초고순도 가스를 필요로 합니다. 예를 들어, 첨단 칩 생산 분야의 선두 기업인 TSMC와 삼성은 EUV 리소그래피 및 플라즈마 에칭에 질소 삼불화물(NF3) 및 육불화에탄(C2F6)과 같은 불소화 가스의 사용량을 크게 늘렸습니다. TSMC는 2024년에 3nm 생산 라인에만 1,000톤 이상의 NF3를 소비했는데, 이는 첨단 제조에서 이러한 가스의 중요성을 보여줍니다. 마찬가지로, 삼성의 2nm 개발은 박막 증착 및 세척 공정에 필수적인 실란(SiH4)과 염화수소(HCl)에 대한 수요를 촉진했습니다.

반도체 가스 시장에서 이러한 가스에 대한 수요는 고성능 칩을 필요로 하는 AI 및 머신러닝 애플리케이션의 채택 증가에 힘입어 더욱 가속화되고 있습니다. 예를 들어, AI 애플리케이션에 널리 사용되는 NVIDIA의 GPU는 제조 과정에서 초고순도 가스를 필요로 하는 첨단 반도체 공정을 기반으로 합니다. 또한, 자동차 산업이 전기 자동차(EV)로 전환함에 따라 전력 반도체 제조에 사용되는 아르곤 및 불소화합물과 같은 특수 가스에 대한 수요가 증가했습니다. 2024년에는 전 세계 EV 부문에서 500톤 이상의 아르곤이 소비되었으며, 중국이 EV 생산을 주도했습니다. 이러한 추세는 고순도 가스 수요를 견인하는 데 있어 첨단 반도체 공정의 중요성을 강조합니다.

트렌드: 현장 대용량 가스 공급 시스템이 반도체 제조에 혁명을 일으키고 있다

반도체 가스 시장의 주요 트렌드 중 하나는 공장 내 대용량 가스 공급 시스템 도입으로, 이는 반도체 제조 시설(팹)의 가스 수요 관리 방식을 혁신적으로 변화시키고 있습니다. 린데(Linde)와 에어 프로덕츠(Air Products) 같은 기업들은 반도체 제조업체들이 고순도 가스를 시설 내에서 직접 생산하고 저장할 수 있도록 하는 혁신적인 시스템을 선보였습니다. 린데는 2024년에 전 세계적으로 50개 이상의 공장 내 가스 공급 시스템을 구축했으며, 특히 TSMC와 SK 하이닉스 같은 주요 반도체 제조 시설들이 위치한 대만과 한국에 집중적으로 설치했습니다. 이러한 시스템은 운송 비용을 절감하고 오염 위험을 최소화하며 질소와 아르곤 같은 핵심 가스를 안정적으로 공급합니다.

이러한 추세는 대만, 한국, 미국 반도체 가스 시장과 같이 반도체 생산량이 많은 지역에서 특히 두드러집니다. 예를 들어, 대만에 있는 TSMC의 새로운 2nm 공장은 하루 1만 세제곱미터 이상의 질소를 생산하는 자체 대량 가스 공급 시스템을 갖추고 있습니다. 마찬가지로, 미국의 인텔 공장들도 효율성을 높이고 환경 영향을 줄이기 위해 유사한 시스템을 도입했습니다. 이러한 자체 생산으로의 전환은 반도체 제조 분야에서 지속가능성에 대한 수요가 증가함에 따라 더욱 가속화되고 있습니다. 운송 및 저장 필요성을 줄임으로써 이러한 시스템은 공장의 탄소 발자국을 크게 낮춥니다. 2024년에는 주요 반도체 지역에서 자체 생산 시스템이 전체 가스 공급량의 30% 이상을 차지하여 가스 관리 방식에 있어 업계의 중요한 변화를 보여주었습니다.

과제: 지정학적 긴장 속에서 희귀 가스의 안정적인 공급 확보

반도체 가스 시장에서 가장 큰 과제 중 하나는 리소그래피 및 에칭 공정에 필수적인 네온, 크립톤, 제논과 같은 희귀 가스의 안정적인 공급을 확보하는 것입니다. 반도체 가스 시장의 지정학적 긴장, 특히 러시아와 우크라이나 간의 갈등은 이러한 가스의 글로벌 공급망을 교란시켰습니다. 주요 네온 공급국인 우크라이나는 분쟁 이전에는 전 세계 반도체 제조에 사용되는 네온의 70% 이상을 생산했습니다. 2024년에도 계속된 전쟁으로 우크라이나의 네온 수출량이 크게 감소하면서 반도체 제조업체들은 대체 공급원을 찾아야 했습니다. 예를 들어, 한국의 SK 하이닉스와 삼성은 국내 공급업체를 찾고 재활용 기술에 투자하여 부족 현상의 영향을 완화하려고 노력했습니다.

반도체 가스 시장에서 첨단 반도체 제조에 필요한 희귀 가스 수요가 증가하면서 문제는 더욱 복잡해지고 있습니다. 예를 들어, 5nm 이하 칩 생산에 필수적인 ASML의 EUV 리소그래피 장비는 고순도 네온의 안정적인 공급을 필요로 합니다. 2024년 ASML 고객사의 전 세계 네온 소비량은 500톤을 넘어섰으며, 이는 첨단 제조 분야에서 희귀 가스의 중요성을 보여줍니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일본과 미국 같은 국가들은 국내 생산 및 재활용 기술에 투자하고 있습니다. 일본의 타이요 니폰 산소(Taiyo Nippon Sanso)는 증가하는 수요에 맞춰 네온과 제논 생산량을 늘렸습니다. 그러나 희귀 가스의 안정적인 공급을 확보하는 것은 반도체 산업에 여전히 중요한 과제입니다.

부분 분석 

유형별: 전자 제어용 특수 가스, 시장 점유율 약 65% 차지 

염소, 암모니아, 실리콘 화합물 등을 포함한 전자 특수 가스는 반도체 가스 시장의 약 65%를 차지하며 압도적인 점유율을 자랑합니다. 이러한 지배력은 집적 회로 제조의 기반이 되는 도핑, 에칭, 증착 공정에서 이들 가스가 필수적인 역할을 수행하기 때문입니다. 2024년에는 첨단 로직 노드에서 트랜지스터 채널의 결함률을 최소화하기 위해 99.9999% 순도로 정제된 암모니아 기반 원료에 크게 의존하는 초정밀 도핑 공정이 요구됩니다. 주요 파운드리 업체들은 특수 실리콘 전구체를 사용하면 기존 가스 혼합물에 비해 박막 증착 균일성을 최대 40%까지 향상시켜 소자 수율과 성능을 개선할 수 있다고 보고했습니다. 3D 스태킹과 같은 차세대 패키징 기술은 금속 에칭 공정을 간소화하기 위해 염소 화합물의 사용을 확대하고 있으며, 소자 레이어당 최대 18회의 에칭 사이클이 발생할 수 있습니다. 논리 및 메모리 분야에서 더욱 작은 기하학적 구조를 추구하는 추세는 고순도 공간 가스에 대한 수요를 더욱 가속화시켰으며, 이는 업계 전반에 걸쳐 이러한 소재의 필수불가결성을 강조합니다.

반도체 가스 시장의 주요 소비자는 집적회로 제조업체(IDM)와 반도체 파운드리와 긴밀히 협력하는 팹리스 기업으로, 모두 생산량 극대화를 위해 일관되고 초고순도의 가스 공급을 필요로 합니다. 2024년에는 전 세계 주요 제조 시설 중 최소 25곳이 자체 정화 시스템을 도입하여 미량 수준의 오염 물질 검출을 달성했다고 보고했습니다. 이러한 변화는 고성능 컴퓨팅, 5G 네트워킹, 인공지능(AI) 애플리케이션의 급증하는 수요를 충족하는 데 매우 중요합니다. 이러한 기술들은 오염으로 인한 오류를 허용할 수 없는 복잡한 칩 아키텍처를 요구하기 때문입니다. 결과적으로, 전자 특수 가스 생산 업체들은 특수 패키징 개발에 대한 연구 개발 투자를 확대하고, 첨단 도핑 및 에칭에 대한 급증하는 수요에 맞춰 제품 라인을 조정하고 있습니다. 업계 데이터에 따르면, 2024년 아시아 지역에서만 실리콘 전구체 출하량이 약 120만 리터 증가하여, 이러한 가스가 반도체 혁신의 주요 동력임을 다시 한번 입증했습니다.

공정별: 챔버 세척, 반도체 가스 시장 점유율 30.7% 이상 차지 

반도체 제조 공정에서 챔버 세척은 기판 순도를 유지하기 위해 축적된 잔류물을 제거해야 하므로 매우 중요한 작업입니다. 2024년 첨단 제조 라인에서는 텅스텐, 폴리실리콘 및 기타 부산물과 같은 물질이 웨이퍼 패스당 최대 0.45g의 침전물을 형성할 수 있다고 보고되었으며, 이로 인해 빈번한 세척 주기가 필요합니다. 특수 불소화 가스 및 기타 화합물, 특히 삼불화질소(NF₃)는 높은 세척 효율과 환경 친화적인 특성으로 인해 주요 솔루션으로 부상했습니다. 최고 수준의 파운드리에서는 일반적으로 단일 300mm 장비 클러스터에서 한 달에 600회 이상의 세척 작업을 수행하는데, 이는 챔버 유지 관리에 필요한 가스 소비량이 엄청나다는 것을 보여줍니다. 이러한 가스는 챔버에 쌓인 고착된 침전물을 제거함으로써 장비 수명을 연장하고 에칭 및 증착 장비의 가동 중지 시간으로 인한 비용을 절감합니다. 또한 250°C 미만의 저온에서 세척이 가능하다는 점은 플라즈마 기반 건식 세척과 같은 다른 방법과 차별화되는 특징입니다. 플라즈마 기반 건식 세척은 더 높은 에너지 투입과 더 긴 작동 주기를 요구할 수 있습니다.

2024년에는 반도체 가스 시장의 일부 제조 공장(<binary data, 6 bytes>)에서 전체 공정 가스의 최대 25%를 챔버 컨디셔닝에 할당하여 결함 없는 환경을 조성하고 안정적인 소자 성능을 보장하는 것으로 나타났습니다. 이와 더불어 2023년에 도입된 새로운 세척 화학 물질은 잔류물 축적을 12% 감소시켜 전체 생산 처리량을 향상시키는 동시에 오염 물질 농도를 1조분의 1(ppt) 미만으로 유지하는 효과를 보였습니다. 또한, 지속적인 연구에 따르면 일부 특수 세척 가스는 챔버 세척 시간을 사이클당 약 27초 단축하여 제조업체가 연간 수만 달러의 전기료를 절감할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 운영 효율성은 잔류 오염 물질이 트랜지스터 성능을 크게 저하시킬 수 있는 7nm 이하의 미세 구조를 생산하는 최첨단 노드에서 매우 중요합니다. 전 세계 반도체 제조업체들이 무어의 법칙에 발맞춰 더욱 깨끗한 환경을 요구함에 따라 챔버 세척 가스는 필수적인 요소로 자리매김했으며, 노동 집약적이거나 효율성이 떨어지는 다른 대안보다 선호되는 솔루션으로 인정받고 있습니다.

용도별 시장 점유율: 반도체 부품이 47.4% 이상을 차지 

반도체 부품 제조는 복잡한 소자 구조를 구축하기 위한 도핑, 패시베이션, 산화 및 관련 공정에 특수 가스를 많이 사용합니다. DRAM 및 NAND 칩을 생산하는 메모리 공장에서는 가스 기반 공정을 포함하는 제조 단계가 거의 150단계까지 확장되었다고 보고했는데, 이는 3D 아키텍처에서 레이어 수가 증가함에 따라 공정의 복잡성이 급증했음을 반영합니다. 반도체 가스 시장의 소자는 종종 붕소나 인과 같은 이온의 분포를 필요로 하는 도핑 프로파일을 사용하는데, 이는 고순도 포스핀 또는 삼불화붕소 원료를 통해 구현됩니다. 이러한 원료는 소자 성능을 저하시킬 수 있는 원치 않는 도핑 이상을 방지하기 위해 10ppb(parts per billion) 미만의 순도 기준을 충족해야 합니다. 또한, 질화갈륨(GaN) 및 탄화규소(SiC)에서 볼 수 있는 화합물 반도체의 등장으로 전력 전자 장치에 특화된 전기적 및 열적 특성을 구현하기 위해 트리메틸갈륨과 같은 특수 가스에 대한 의존도가 높아졌습니다. 실제로 최고급 전력 칩 제조업체들은 2024년 상반기에 최소 22가지의 새로운 도핑 가스 변형을 테스트했다고 밝혔으며, 이는 최적화된 장치 신뢰성과 효율성을 위한 지속적인 노력을 보여줍니다.

반도체 가스 시장에서 이 분야에 사용되는 주요 가스로는 에피택시 성장용 실란, 첨단 증착용 디클로로실란, 그리고 무선 주파수(RF) 장치부터 마이크로 LED 디스플레이에 이르기까지 다양한 응용 분야를 지원하는 질화물 기반층에 사용되는 암모니아가 있습니다. 현재 주요 시설에서는 최대 80회의 에피택시 사이클을 운영하며, 각 사이클마다 ±0.2%의 허용 오차 범위 내에서 정확하게 유지되는 부분 압력으로 정밀한 가스 유량이 요구됩니다. 또한, 2023년에 도입된 새로운 도핑 기술은 특수 가스를 사용하여 측벽 공극 발생 가능성을 최대 60%까지 줄임으로써 고종횡비 트랜지스터 게이트를 구현할 수 있게 했습니다. 이러한 개선은 차세대 모바일 및 서버 프로세서에 더욱 정교한 채널 구조가 등장함에 따라 매우 중요합니다. 이러한 혁신의 원동력은 고성능, 저전력 소비, 소형화에 대한 끊임없는 요구에서 비롯됩니다. 결과적으로 제조업체들은 첨단 가스 혼합 시스템, 다층 안전 프로토콜, 실시간 순도 모니터링에 투자하여 모든 도핑 단계가 반도체 부품의 엄격한 신뢰성 목표를 충족하도록 보장하고 있습니다.

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지역분석 

아시아 태평양 지역, 반도체 가스 시장 점유율 78% 이상 차지 전망

아시아 태평양 지역은 대만, 한국, 중국, 일본을 아우르는 파운드리, 집적회로 제조업체, 생산 시설 네트워크 덕분에 전 세계 반도체 가스 소비 시장을 주도하고 있습니다. 2024년 기준, 이들 국가는 에칭, 증착, 기타 공정에 필요한 가스를 대량으로 사용하는 85개 이상의 전처리 설비를 운영하고 있습니다. 이 지역의 탄탄한 공급망은 특수 가스를 단기간 내에 공급할 수 있는 현지 공급업체들에 의해 더욱 강화되고 있습니다. 업계 조사에 따르면, 대만의 첨단 로직 파운드리만 해도 분기당 거의 1,500만 개의 웨이퍼 생산 규모로 성장하여 불화물 및 실리콘 전구체에 대한 상당한 수요를 창출하고 있습니다. 한국의 메모리 제조업체들은 2023년 이후 최소 5개의 새로운 3D NAND 생산 라인을 구축하며 사업 영역을 확장해 왔으며, 각 라인은 다층 적층 및 정밀 도핑을 위해 삼불화질소, 실란, 암모니아의 지속적인 공급을 필요로 합니다. 이와 동시에 중국의 반도체 기업들은 300mm 팹 프로젝트를 지속적으로 확대하고 있으며, 지난 18개월 동안 6개 이상의 신규 공장을 추가한 것으로 알려져 있습니다. 이러한 전략적 확장은 특수 반도체 가스에 대한 이 지역의 독보적인 수요를 보여주며, 아시아 태평양 지역을 최첨단 칩 생산의 중심지로 확고히 자리매김하게 합니다.

• 반도체 제조 기업들의 집중 덕분에 

아시아 태평양 지역이 반도체 가스 시장을 선도하는 원동력은 통합 모델을 채택한 주요 업계 기업들의 집중적인 입지에 있습니다. TSMC, 삼성, SK 하이닉스와 같은 기업들은 웨이퍼 공정뿐만 아니라 가스 사용을 최적화하여 패턴 크기를 줄이고 수율을 높이는 연구 개발에도 힘쓰고 있습니다. 2024년에는 일본 제조업체 컨소시엄이 극자외선(EUV) 리소그래피 공정을 위한 국소 가스 정화 기술에서 획기적인 발전을 이루었다고 발표했습니다. 이미 다른 4개 지역 기업에 라이선스가 부여된 이 혁신 기술은 아시아가 제조 정밀도를 한 단계 끌어올릴 수 있는 역량을 갖추고 있음을 보여줍니다. 또한, 이 지역은 인재 개발에 막대한 투자를 하고 있으며, 30개 이상의 전문 대학에서 가스 취급 안전 및 공정 시뮬레이션을 포함한 첨단 반도체 교육 과정을 제공하고 있습니다. 학술 연구, 정부 지원, 그리고 다양하고 활발한 민관 협력의 시너지 효과는 5nm 이하 노드 생산의 복잡성을 해결하는 새로운 솔루션의 지속적인 공급을 보장합니다. 이러한 요인들을 종합해 보면 전 세계 반도체 가스의 4분의 3 이상이 아시아 태평양 지역 공장을 거쳐 모바일 기기부터 고성능 컴퓨팅에 이르기까지 모든 주요 전자 제품 분야에 사용되는 최첨단 칩을 생산하는 이유를 설명할 수 있습니다.

반도체 가스 시장의 주요 기업:

• 에어 리퀴드 SA.
• 에어 프로덕츠 주식회사
• 아메리칸 가스 프로덕츠(AGP)
• 린데 그룹
• SIAD 그룹
• 인디애나 산소 주식회사.
• 이와타니 주식회사
• 스미토모 세이카 화학 주식회사.
• 메서 그룹
• 미쓰이화학 주식회사.
• REC 실리콘 ASA
• 솔베이 SA
• 다른 플레이어들

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 유형
• 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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