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반도체 포토마스크란?

반도체및 디스플레이 사업에 적용되는 포토마스크는 반도체와 디스플레이 생산시 회로를 설계할 때 사용하는 필수 공정재료입니다. 이것은 반도체 칩을 만들 때 패턴을 전달하는 데 사용되는 특수 유리 또는 쿼츠 판입니다. 포토마스크는 반도체 칩의 미세한 패턴 및 회로를 만들기 위해 빛을 쏘아 투과시키거나 차단하는 역할을 합니다.

포토마스크는 LCD,OLED TFT패턴 공정에 적용되고 있습니다. LCD Panel에서 OLED Panel로 기술발전이 진행된다 하더라도 포토마스크의 공급은 변동없이 유지되는 공정 입니다.

포토마스크 제작과정

디자인: 먼저 반도체 칩의 디자인이 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 만들어집니다.

마스크 제작: 디자인을 바탕으로 포토마스크가 제작됩니다. 이 과정에서 디자인 패턴이 유리 또는 쿼츠 판에 포팅되거나 전사되어 만들어집니다.

노광: 마스크는 반도체 웨이퍼 위에 위치하고, 노광 장비를 사용하여 빛을 웨이퍼로 투과시켜 디자인 패턴을 웨이퍼 위에 복사합니다.

패턴 전송: 노광 과정을 통해 패턴이 웨이퍼 위에 복사되며, 이 패턴은 반도체 칩의 미세한 회로와 트랜지스터를 형성하는 데 사용됩니다.

포토마스크는 반도체 제조 과정에서 매우 중요한 역할을 하며, 정밀한 미세한 패턴을 전달하여 칩의 성능과 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 

FPD용 마스크(Flat Panel Display Masks)

FPD용 마스크(쿼츠/BLANK/PHOTO)는 TFT-LCD같은 DISPLAY액정소자 제조를 위한 원재료로써 최종 크기에 따라 반도체용 마스크의 한정된 크기와는 달리 다양한 크기를 가지고 있습니다. FPD용 마스크는 상대적으로 반도체용 마스크보다 사이즈가 큰 다양한 제품군의 세대별 모델이 존재 합니다, 포토마스크(Photo Mask)는 투명도가 좋은 유리판(Quartz)위에 크롬(Cr)막을 입힌 블랭크마스크(Blank Mask)에 미세회로를 형성시킨것으로 극히 미세한 회로를 만들어서 반도체의 웨이퍼나 TFT-LCD의 노광공정에서 사용됩니다.

이러한 Photo Mask는 미세한 패턴능력에 따라 반도체의 직접도나 품질이 달라지며, 디스플레이장치의 경우 왜곡이 없는 넓은면적에 사용되어야 하기때문에 기술의 척도가 되기도 하는 중요한 원재료입니다.  Photo Mask 제작을 위해서는 모든 제조공정간 이송작업이 이루어지며 이송간 Particler과 같은 작은 결함(Defect)도 허용치 않는 아주 엄격한 스펙이 요구되어집니다. 

FPD용 마스크(Flat Panel Display Masks)는 평면 패널 디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제조 과정에서 사용되는 특수한 종류의 마스크입니다. FPD는 플라즈마 디스플레이, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 오렌지 라이트 디스플레이(OLED), 및 기타 유형의 평면 디스플레이 기술을 포함합니다.

FPD용 마스크는 FPD 패널 제조 과정에서 사용되며, 이러한 디스플레이 기술에서 미세한 패턴을 형성하는 데 필수적입니다. 이러한 마스크는 디스플레이 패널의 다양한 부분을 제작하는 데 사용됩니다. 예를 들어, LCD 패널에서는 액정 셀을 제어하는 데 사용되며, OLED 패널에서는 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode)의 픽셀을 형성하는 데 사용됩니다.

FPD용 마스크는 미세한 패턴과 세부적인 디자인을 포함하며, 정밀한 제조 과정을 통해 만들어집니다. 이러한 마스크는 디스플레이 패널의 화질과 성능에 직접적인 영향을 미치므로 고정밀 제조 및 품질 관리가 필요합니다. FPD용 마스크는 FPD 산업에서 중요한 역할을 하며, 고화질 및 고해상도 디스플레이를 생산하기 위한 필수 도구 중 하나입니다.

포토마스크 시장

포토마스크 관련 장비 및 소모품도 기술적 난이도가 높아 많은 업체가 제품을 생산하고 있지는 못합니다. 따라서, 국내외 쿼츠/블랭크/포토마스크용 케이스 제조시장은 과점 구조를 형성하고 있는 형태입니다.

반도체 산업 전반

(1) 기술집약적 산업, (2) 기술혁신 속도가 빠른 산업, (3) 고부가가치 산업, (4) 타산업으로의 파급효과가 큰 산업이라는 점입니다. 아래에서 하나씩 살펴봅니다. 

(1) 기술집약적 산업: 반도체 산업은 기술 자체에 대한 많은 연구개발이 요구되고 있어 매출액 대비 연구개발 투자가 타산업보다 현저히 높은 산업입니다. 또한 양산 단계로의 전환시 대규모 설비 투자가 요구되는 고위험부담 산업이기도 합니다.

(2) 기술혁신 속도가 빠른 산업: 반도체 산업은 제품의 라이프사이클이 매우 짧기 때문에 산업이 성숙화 되어감에 따라 기술혁신 속도가 더욱 가속화되고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 반도체 산업은 제품의 개발에서 판매까지의 시장 진출단계에 있어서 각 부문 별 타산업보다 더욱 세밀하고 조직적인 경영 전략 및 긴밀한 협업이 요구되는 산업입니다.

(3) 고부가가치 산업: 반도체 산업은 생산액당 자원 및 에너지 투입비용이 타산업 대비 매우 낮으며 고도의 기술력이 체화된 인적자본에 대한 의존도가 높은 고부가가치 산업입니다.

(4) 타산업으로의 파급효과가 큰 산업: 반도체 산업은 소자의 고집적화 기술이 급속히 발달되면서 마이크로프로세서의 응용분야가 크게 확대되어 전산산업뿐 아니라 통신기기 등 전 제조업 제품에 사용되고 있으며, 전방 산업의 발전을 이끄는 핵심 부품 산업입니다. 한편으로는 전방 산업의 발전에 의해 반도체 산업의 생산규모가 결정되고 신규 시장이 창출되기도 하는 상호 보완적인 특성을 가지고 있습니다.

반도체 장비 및 소재 산업전반

반도체 장비 및 소재 산업은 어떨까요. 반도체 장비 및 소재 산업은 다품종 소량 생산 방식이 적합한 산업입니다. 

반도체 장비 및 소재 기업은 주로 소자 기업으로부터 주문생산방식 및 판매시장 수요에 대한 예측생산방식을 병행하고 있으며, 장비 사양 또는 소재 물질의 특성이 같아도 반도체 소자 업체별, 제조 공정별 최적화가 필요합니다. 이와 같이 장비 및 소재는 대규모 양산체제가 아닌 특성상 대형기업보다는 중견 중소기업에 적합한 산업이라고 볼 수 있습니다.

1) 반도체 소재 분야

반도체 소재 분야는 진입장벽이 높은 산업입니다. 반도체 산업은 기술집약적인 산업 특성상 전반적으로 진입장벽이 높은 특성이 있으나, 이중 특히 반도체 소재 및 전구체 산업은 신규업체가 진입하기에는 매우 까다로운 특성이 있습니다. 반도체용 소재는 안정적 공급을 위한 높은 수준의 합성 및 정제 기술뿐 아니라 소자 업체 공정 변경에 대한 신속한 대응력 및 사후 관리 능력이 필요하며, 특히 이중 전구체는 해당 공정에 필요한 다양한 조건이 요구되고 있습니다. 

반면 일단 납품이 개시되면, 해당 반도체 소자업체 입장에서도 거래처 변경에 따른 생산 공정 차질 및 불량 발생 등 리스크가 크기 때문에 장기적으로 안정된 매출 흐름을 기대할 수 있는 특성을 지니고 있습니다.

반도체 소재는 일본이 90% 장악하고 있다고 하죠. 일본이 반도체 소재의 공급을 끊으면 삼성도 TSMC도 멈춥니다. 

2) 반도체 장비

반도체 장비는 경기순환에 민감한 산업입니다. 반도체 산업은 전반적으로 경기 변동에 따른 경영실적의 변동성이 있는 산업이나, 반도체 장비산업은 경기에 따른 변동성이 반도체 소자산업보다 더 큰 특징이 있습니다. 반도체 설비투자 사이클이 실리콘 사이클의 진폭보다도 오히려 더 크기 때문에 반도체 경기 호조시에는 장비기업의 매출액 증가폭이 소자기업보다 큰 반면 불경기시에는 그 타격이 더 심합니다. 불경기시 소자기업은 출하가격이 하락하고 재고가 늘어나는 손해를 입으나 장비기업은 생산량 자체가 격감하게 되는 특성이 있습니다. 

반도체 공정재료

반도체 공정재료 사업은 반도체라는 제한적인 형태의 시장을 공유하고 있어 진입이 매우 치열합니다. 그러나 진입 후에는 안정적인 시장을 유지할 수 있습니다. 경쟁에서 가장 중요한 것은 제품기술과 품질관리에 있습니다. 반도체 공정재료는 한 제품에서 불량이 발생할 경우 이로 인해 많은 수의 반도체에 불량이 발생할 수 있기 때문입니다. 그리고 반도체 원자재 시장은 실적이 매우 중요하고, 고객사와의 신뢰가 매우 중요하게 반영되는 사업으로 거래 실적이 없는 회사의 경우 해당 제품평가가 매우 어려울 뿐만 아니라, 기술력이 있다 하더라도 고객의 신뢰가 없으면 진입 자체가 어려운 사업입니다.

반도체 공정재료 시장에 진입하기 위해 고객사가 원하는 스펙을 확인하고 공정에 실제 적용 하여 테스트를 완료한 후 판매를 할 수 있습니다. 해당 테스트는 스플릿, 볼륨-1, 볼륨-2, 매스볼륨 등 많은 단계를 거쳐야 하며, 약 6개월에서 최대 3년의 시간이 소요됩니다. 이러한 이유로 신규업체의 경우 제안을 통해 테스트가 진행되고 납품이 되기까지의 과정이 매우 어렵습니다. 또한 반도체 자체가 기술 집약적 산업으로 사용되는 원재료 또한 매우 높은 기술적 장벽이 존재합니다. 주로 제품들은 공기와의 접촉을 완전히 차단해야 하며, 매우 높은 진공과 높은 온도로 생산이 되어야 하기 때문에 원재료와 관련된 기반 기술 외에도 제조 장비에 노하우와 기술력이 반드시 필요하게 됩니다

후발주자의 경우 더욱 진입하기 어려운데 이는 반도체 소자업체들이 해당 제품에 대해 다른 반도체 FAB에서 사용된 이력이 있는지 여부를 매우 중요하게 판단하기 때문입니다. 후발주자의 경우 Reference에 대한 확보 어려움, 시설투자 및 케미칼 용기 등에 대한 많은 투자가 이루어져야 하는 점 등 경쟁력 확보를 어렵게 하는 많은 진입장벽 요인이 작용하고 있습니다.