에스앤에스텍 - 반도체 EUV 공정 소부장 국산화

2020.10.30. #에스앤에스텍 / SK 윤혁진

소부장 핵심 기업으로 EUV 한국 생태계에서 선두 업체가 될 것

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한국 EUV 시장과 국산화 기회: 2021년 개화 전망

- EUV 노광장비 (네덜란드 ASML사): 반도체 회로 선폭이 7 nm, 5 nm 이하로 미세화 되면서 기존의 멀티패터닝 또는 쿼드러플 패터닝으로는 미세선폭 구현 어려워 채택

- EUV 판매 현황: 2017년 11대, 2018년 18대, 2019년 26대.  • 2019년 판매된 EUV 장비의 절반 이상을 TSMC가 구매 → 업체 별 7 nm 이하 캐파는 TSMC 140K/월, 삼성전자 30K/월- 2020년 EUV 판매 목표량: 35대 • TSMC 20대 이상, 삼성전자 약 10대 구매 예상 • 인텔의 공정 전환 지연으로 도입이 늦어지고 있는 EUV 장비를 삼성전자와 TSMC 양측 다 원하는 상황- 2021년 EUV 생산능력: 45~50대로 발표 (ASML)

 

- 한국의 EUV 소재/부품 관련 생태계 • 2020년부터 삼성전자가 본격 구매 시작한 EUV 장비가 가동 시작 • 관련 생태계는 2021년부터 본격 개화 전망 • 삼성전자와 SK하이닉스의 EUV 장비 본격 도입에 따른 국내 EUV 소재/부품 생태계 확보가 필요

 

- 에스앤에스텍: EUV용 펠리클과 블랭크마스크 개발 중

EUV 노광공정 기초

- EUV 노광공정: Extreme Ultra Violet Lithography (EUVL)

 • 기존 ArF (불화아르곤) 노광공정과 달리 공기를 포함하는 대부분 물질에서 흡수율이 높은 13 nm의 빛을 이용하기 때문에 투과형 광학 시스템 대신 반사형 광학 시스템과 진공 환경을 요구

 • 노광공정에서 사용하는 광선은 193 nm → 이멀전 → 멀티패너닝 → EUV 순으로 진화 중 

 • EUV는 기존의 파장보다 14배 더 짧은 파장을 사용 → 이론적으로 EUV의 해상도는 ArF 대비 14배 높은 수준

 

- 7 nm immersion 에서는 노광공정이 33 스텝이 필요 (마스크 33개 필요) 하지만 EUV는 9 스텝에 가능(마스크 9개 필요)하기 때문에 원가 경쟁력이 있음. 

- EUV 마스크는 defect에 매우 민감해 공정의 수율 향상을 위해서는 defect의 효과적인 관리가 필요

- 관리 방안

 • defect를 검출하는 inspection 장비(미 KLA-tencor, 일 Lasertec)의 개발

 • 클리닝 등의 포토마스크 defect 제거 기술 개발 (Suess MicroTec, 디바이스이엔지)

 • EUV 펠리클(pellicle) 제작 (mitsui, 에스앤에스텍, 에프에스티 등)

 

- EUV 노광장비는 초미세 패턴을 위한 필수 장비

 + 멀티 패터닝 대비 공정 사이클이 3~6배 감소

 + 결함 가능성 감소

 + 검사 장비수 감소

 → 비용 절감 가능

에스앤에스텍의 EUV 관련 부품 개발

- EUV용 펠리클

 • 펠리클이란?

   : 반도체 및 디스플레이 생산공정 중 노광공정에서 포토마스크를 이물질로부터 보호하는 소모성 소재

   : 국내에서는 에스에프티가 반도체 및 디스플레이 라인에 대부분 공급

   : 마스크 대신 일정 거리에 떨어져 있는 펠리클에는 오염물질이 앉더라도 웨이퍼에 초점이 잡히지 않아 불량 패턴 형성을 줄일 수 있도록 하는 고가의 제품

 • 2017년부터 EUV용 펠리클 개발 시작

   : 2020년 6월 설비투자 공사 시작: EUV용 블랭크마스크 및 펠리클 기술개발과 양산 목적

   : 2020년 7월 삼성전자에 660억원 3자배정 유상증자 실시

 

 • EUV용 펠리클 상용화 어려움

   : 기존 반도체용 펠리클과 달리 공기 중에서도 흡수되는 EUV 광선을 투과 필요

   : EUV용 펠리클은 90% 이상의 투과도, 60 nm의 두께(기존 반도체 펠리클은 micro 단위), 아주 높은 내열성 등 요구

   : 현재는 UEV용 펠리클 없이 오염된 포토마스크를 세정한 후 재사용 중

 • EUV 공정 별 펠리클 사용 전망

   : 7 nm 공정: EUV Layer 7개, EUV용 포토마스크 7개, 펠리클은 포토마스크 사용량의 2배인 14개가 필요. 펠리클은 선택적으로 사용 가능

   : 5 nm 공정: 펠리클 사용량은 24~28개 (2배 가까이 증가), 펠리클은 필수적으로 사용 예상

   : TSMC는 7 nm 공정에서 자체 제작한 펠리클을 일부 사용 중

   : 삼성전자는 7 nm 공정에서는 펠리클을 사용하지 않고, 5 nm 공정부터 사용할걸로 예상

   : 펠리클 사용 여부 판단 근거: 펠리클을 사용할 경우 발생하는 해상도 하락 vs. 펠리클이 없을 때 발생하는 불량율 등 비용 trade off 

   : 5 nm 공정부터는 펠리클 사용이 원가 측면에서 유리하다고 알려져 있음. 

 

 • 에스앤에스텍 EUV 플레클 개발 현황

   : C-Si 타입의 1세대 펠리클(투과율 87%) 개발 완료

   : 2세대 펠리클(투과율 88% 이상) 개발 중. 1세대 대비 투과 균일도가 더 높고, 보다 high power에 견딜 수 있음. 

   : 빠르면 2021년 하반기에 양산 매출 기대 

 • EUV용 펠리클 개발 현황

   : Mitsui Chemical은 ASML로부터 공정기술 라이선스를 받아와 개발 중, 신규 공장을 2020년 2분기 완공, 2021년 2분기 양산 시작 예상

   : 벨기에 IMEC는 탄소나노튜브(CNT)를 이용한 다공성 펠리클 개발 중.

     CNT 특성 상 평균 투과도가 높고 압력 변화에 안정성이 있지만, 사용 환경인 수소 플라즈마에서 안정적이지 못해 보호막 증착이 요구됨.

   : TSMC는 자체 EUV용 펠리클을 개발 중

   : 에프에스티는 전자부품연구원(KETI)과 3 nm향 EUV 펠리클 개발 협력사로 국책과제에 참여해 개발 중 

 •EUV용 펠리클 시장 전망

   : 아직 시장 가격은 형성되어 있지 않음. 

   : 현재 테스트용 EUV 펠리클 가격은 장당 1억원 내외, 추후 양산에서는 장당 2~3천만원 수준 예상

   : 그에 따라 EUV용 펠리클 시장 규모는 2022년 약 3~4천억원 규모로 성장 전망 

- EUV용 블랭크마스크

 • 블랭크마스크란?

   : 반도체 및 디스플레이 노광공정의 핵심 부품소재인 포토마스크의 원재료로 패턴이 형성되기 전의 마스크

   : 석영유리기판(쿼츠) 위에 금속박막 필름(크롬막 및 크롬산화질화막)이 증착되고 그 위에 감광액이 도포된 형태

   : 일본의 Hoya, Shin-etsu, Ulcoat 등이 90%의 시장을 점유 

 • EUV용 마스크는 모든 물질에 쉽게 흡수되는 성질을 가진 EUV 광원을 반사해야 해 고도의 기술이 필요

 • 빛이 투과되는 기존 홑겹 마스크와 달리 실리콘과 몰리브덴 수십 겹을 쌓아 EUV 광원 흡수를 막고 반사를 극대화하는 구조를 가짐

 • EUV용 블랭크마스크는 현재 일본의 Hoya가 80% 이상 시장 점유 + 나머지는 일본의 Asahi가 공급 → 국산화 필수 품목

   : 최근 호야 실적에서 블랭크마스크가 높은 성장률과 이익률 기록 중,

     EUV용 블랭크마스크의 최근 분기 매출액은 전년동기 대비 50% 가량 지속 성장 중

 • Hoya와 Asahi 양사 모두 20년 가까이 EUV용 블랭크마스크를 연구 개발 중

 • 국내에서는 에스앤에스텍이 개발 

   : 1세대 EUV Binary 블랭크마스크는 개발이 완료되어 Blank defect 개선 중, 2022년 1분기 양산화를 목표로 하고 있음. 

   : 2세대와 3세대 EUV용 블랭크마스크도 개발 중, 소자업체들의 공정 진행 방향에 맞춰 국산화가 진행될걸로 기대

 • EUV용 블랭크마스크는 3 nm에서는 DPT(Double Patterning)이 적용되면서 마스크 사용량이 기하급수적으로 증가될걸로 예상

   → 국산화 필수

 • 삼성전자의 파운드리 투자 확대 영향

   : 파운드리는 다양한 비메모리 반도체 생산해 메모리라인보다 동일 생산능력 대비 포토마스크 사용량 많아 블랭크마스크 많이 필요

   : 삼성전자의 파운드리 투자 확대(비메모리 라인 증설)에 따른 블랭크마스크 공급 증가 기대

 

- 삼성전자의 지분 투자

   : 에스앤에스텍은 7월 31일 삼성전자를 대상으로 제3배정 유상증자 실시: 블랭크마스크 안정적 공급과 차세대 반도체 기술개발 목적

   : 조달된 660억원 중 215억원을 2021년 6월 30일까지 시설투자에 사용할 예정 (양산 준비 진행 중)

청춘한삼 생각

- EUV 국내 생태계 마련은 필수이고, 시장은 커질 가능성이 높다고 전망합니다. 

- 중요한 건 동사가 EUV용 블랭크마스크와 펠리클을 계획된 시점에 필요한 품질과 가격대로 개발 및 양산화 가능할지 여부라고 봅니다. 

- 충분한 품질이나 가격이 확보되지 않으면, 또는 원하는 양산시점을 맞추지 못하면, 지분투자를 했더라도 삼성전자가 동사를 위해 기다려줄 수는 없습니다. 어찌보면 3상 진행 중인 바이오텍과 유사한 성격의 리스크가 존재한다고 볼 수 있습니다.

- 주변 상황은 모두 준비되어 있습니다. 동사가 양산만 잘 하면 됩니다. 

- 삼성전자의 투자 사실만으로 올인 하시기보다는 삼성의 EUV 확보 여부, 블랭크마스크와 펠리클 개발/양산준비 현황을 모니터링 하면서 투자 비중을 조절하시기를 추천 드립니다. 

 

- 보고서 원문:

http://consensus.hankyung.com/apps.analysis/analysis.downpdf?report_idx=574422