ASML의 SWOT 분석 < 강점 - 제품과 서비스 >

ASML의 SWOT 분석 기술 리더십의 두 번째는 바로 제품과 서비스이다. 반도제 제조 장비 시장에는 독점기업들이 있다.

 

그중에서 최고의 독점기업인 ASML은 전체 반도체 장비 시장에서 2위, 노광장비 부분에서는 무려 점유율 90%에 달한다.

 

최근 이재용 삼성전자 부회장이 유럽 출장 시 ASML을 여러 차례 방문하여 장비 구매를 간절히 요청한 이유도 그만큼 노광장비인 EUV가 반도제 제조에는 무조건 필요한 핵심 요소이기 때문이다.

 

그렇다면 ASML은 어떤 제품과 서비스를 제공하길래 전 세계가 주목하는 반도체 장비 회사로 성장할 수 있었을까?

 

 

 

 

 

목 차

1. 개 요
2. 극자외선(EUV) 리스그래피 시스템
3. 지속가능한 제품과 서비스

4. 계측 및 검사 시스템

5. 광학 계측

6. 전자빔 계측 및 검사

7. 시스템 및 프로세스 제어

8. 전산 리소그래피

9. 설치 기반 시스템 관리

10. 고객 지원

11. 결 론

 

1. 개 요

 

반도체 산업은 적당한 가격으로 더 작고 효율적인 트랜지스터를 만드는 능력에 의해 움직인다. ASML의 기술은 현재부터 10년 뒤까지도 실리콘 웨이퍼당 최대 가치를 만들어 낼 수 있도록 개발되었다.

 

가장 진보된 13.5nm EUV파장에서부터 DUV 파장인 193nm, 248nm, 365nm까지 모든 파장에 대한 패터닝 설루션을 제공한다.

 

폭넓은 ASML의 제품은 고급 로직 및 메모리 칩과 'More than Moore' 애플리케이션 또는 효율적인 칩 제조에 이르기까지 반도체 산업의 전반적인 분야에 제품을 공급한다.

 

 

 

 

 

 

 

여기서 'More than Moore'란 반도체 집적회로의 성능이 18개월마다 2배로 증가한다는 무어의 법칙을 넘어서 다른 방법으로 반도체를 발전시키는 방법이다.

왜냐하면 반도체를 정밀하게 하는 데는 물리적으로 한계가 있기 때문이다. 세계 최고의 미세한 회로를 그리는 ASML은 무어의 법칙이 깨질 때 자사의 기술이 한계에 봉착하기 때문에 경쟁력을 유지하기 위해서 모어 댄 무어에 집중하고 있다.

 

집적 회로의 모든 개발 패턴을 완벽하게 연결시키기 위해서 계측 및 검사 시스템과 리소그래피 설루션을 통해 고객들에게 고급 프로세스 제어 설루션을 제공한다. 고도로 차별화된 설루션은 향후 10년까지 경쟁자들이 따라올 수 없게끔 만든다.

 

 

 

 

 

 

2. 극자외선(EUV) 리스 그래피 시스템

 

ASML은 20년 전부터 EUV 기술 개발을 시작했다. R&D에 수십억 달러를 투자하고 Cymer를 인수하여 EUV 소스 기술을 가속화하면서 대량 생산에 필요한 인프라를 위해서 고객과 공급 업체와 긴밀하게 협력하여 기술적 과제를 해결해나갔다.

 

 

EUV를 도입한 이후 2020년 말까지 2,600만 장의 웨이퍼를 생산했고 2021년 말까지 5,900만 장 이상의 웨이퍼를 생산했다.

 

EUV 0.33 NA

EUV 플랫폼은 매년 해상도를 향상했고 최첨단 오버레이 성능으로 비용을 절감했다. EUV는 13.5nm의 파장, 0.33의 개구수인 빛을 사용한다. 이것은 고급 칩 제조에 사용하는 DUV 불화 아르곤 리소그래피(193nm)와 비교해서 파장이 1/15밖에 되지 않는다.

 

EUV 플랫폼으로 복잡한 다중 패터닝 전략이 아니라 단일 노출로 더 미세하게 회로를 그릴 수 있다. EUV 제품 로드맵은 2030년 그 이후까지 저렴한 가격으로 제공할 예정이다.

 

 

 

 

 

 

그리고 TWINSCAN NXE:3600D는 최신 EUV 0.33 NA리소그래피 시스템이다. 이것은 이전 버전인 TWINSCAN NXE:3400C와 비교하여 15 ~ 20% 향상된 생산성과 30% 향상된 오버레이 성능을 가졌고 최고의 해상도를 가지고 있다.

 

EUV 0.55 NA(High NA)

 

5년 동안의 긴 연구 결과로 0.55의 더 높은 개구수로 해상도를 향상하는 차세대 EUV 리소그래피 시스템을 만들었다. EUV 0.55 NA(High-NA)는 EUV 0.33NA 플랫폼과 공통적인 부분을 극대화시켜 기술 도입 리스크와 R&D 비용을 줄였다.

 

EXE:5000이라고 불리는 EUV 0.55NA은 리소그래피의 노드를 심플하게 하고 수율을 높이며 로직, DRAM의 결함을 감소시켜서 큰 이점을 제공한다. 더 큰 광학 시스템을 사용할수록 더 고밀도로 회로를 그릴 수 있다.

 

EUV 0.55NA는 축소 공정을 확장하고 0.33NA보다 패터닝의 복잡성을 줄여서 결함 위험을 낮추고 주기 시간을 단축시켜준다.

 

그리고 EUV 0.55 NA는 EUV 0.33 NA에 비하여 1.7배 더 작은 대상을 2.9배 높은 밀도로 볼 수 있도록 만드는 고해상도를 제공하여 향후 10년 동안 경제적인 이익을 줄 것이다. EUV 0.55 NA는 2025 ~ 2026년에 대량 생산에 들어갈 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

극자외선(DUV) 리소그래피 시스템

 

현재 DUV 리소그래피 시스템은 ASML의 원동력이다. 수많은 시장에서 사용하는 파장들을 모두 제공하는 DUV는 여전히 미래에 핵심 역할을 할 것이다.

 

ASML은 365nm 파장을 사용하는 i-line, 248nm를 사용하는 KrF, 193nm를 사용하는 ArF와 같이 현재 반도체 산업에서 사용되는 모든 DUV 파장에 대한 액침, 건식 리소그래피 시스템을 제공한다. 이런 시스템은 폭넓은 반도체 노드 및 기술을 제조하고 에너지 효율을 높여서 운영 비용을 절감시킨다.

 

액침, 건식 DUV 시스템은 EUV와 결합하여 가장 진보된 로직, 메모리 칩을 대량 제조를 위한 생산성, 해상도 향상 및 오버레이 성능에서 업계를 선도하고 오래된 공정과 저용량 애플리케이션에 지속적으로 가치를 제공한다.

 

 

 

 

 

 

 

액침 시스템

 

ArF 액침 시스템은 렌즈와 웨이퍼 사이에 물의 박막을 유지하여 렌즈의 크기인 NA를 증가시키고 분해능을 개선시켜 축소 공정을 지원한다. ArF는 단일 노출이나 다중 패턴 리소그래피 모두에 적합하고 EUV 시스템과 적절하게 결합하여 동일한 칩의 다른 층을 그리는 데 사용한다.

 

TWINSCAN NXT:2050i는 최첨단 액침 시스템으로 5nm 로직 및 4 세대 10nm DRAM 노드 대량 생산에 사용된다.

 

NXT:2050i는 NXT 플램폼의 새로운 버전을 기반으로 하여 레티클 스테이지, 웨이어 스테이지, 투영 렌즈나 노광 레이저의 새로운 개발이 포함되어 있다. 이런 혁신 때문에 NXT:2050i는 이전 시스템보다 높은 생산성과 우수한 오버레이 제어를 할 수 있다.

 

건식 시스템

 

칩의 모든 층을 만들기 위해서 반드시 최고 기술이 필요한 건 아니다. 고급 리소그래피 시스템이 필요한 곳이 있지만 건식 리소그래피처럼 오래된 시스템을 사용할 때도 있다.

 

 

TWINSCAN NXT:1470은 최첨단 건식 ArF 리소그래피 시스템으로 4nm 오버 레이 기능이 가능하고 300개 웨이퍼/hour의 생산성을 가진다. 또한 성공적인 액침 플랫폼을 기반으로 구축된 최초의 건식 NXT 시스템이기 때문에 기계의 오버레이를 일치시키며 생산성, 팹 공간을 개선시킨다.

 

 

 

 

 

NA 0.80 TWINSCAN XT:860N은 차세대 KrF 시스템으로 110nm 이하의 해상도로 200mm 및 300mm 웨이퍼를 대량 생산하는 것을 지원한다. XT:860N은 XT:860M의 시간당 240개 웨이퍼의 생산성을 통해 시간당 260개 웨이퍼의 생산성 향상으로 높은 토폴로지 3D NAND 웨이퍼를 측정할 수 있다.

 

그리고 더 중요한 KrF 층의 경우 NA 0.93 TWISCAN XT:1060K는 최첨단 KrF 리소그래피 시스템으로 80nm 이하에서 최고의 해상도와 오버레이를 자랑한다.

 

TWINSCAN XT:400L은 220nm의 해상도로 200mm 및 300mm 웨이퍼를 생산할 수 있는 i-line 리소그래피 시스템이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 지속 가능한 제품과 서비스

 

EUV, DUV, TWINSCAN 시스템 이전에는 PAS라는 제품이 있었다. 설립된 지 7년 후인 1991년 PAS5500을 출시했고 반도체 제조시간을 획기적으로 단축했고 모듈식 설계를 통해 여러 세대의 고급 칩을 동시에 생산할 수 있었다.

 

Mature Products and Servies(MPS)는 오래된 리소그래피 시스템을 AS나 업그레이드하여 수명을 연장시키는 서비스이다. 이것은 광범위한 시장에서 제공되고 특히 '모어 댄 무어'분야에 특화되어 있다.

 

ASML은 지속 가능한 제품을 위하여 AS 서비스를 확실하게 하여 중고 시스템 시장에 적극적으로 뛰어들고 있다. 지금까지 판매한 PAS 시스템의 90% 이상이 아직까지도 사용되고 있다.

 

PAS 5500과 1세대 AT, XT, NXT 시스템의 리퍼비시 서비스(재정비)를 제공한다. 확실한 AS를 통해 기기 수명을 연장시켜서 지속 가능한 제품으로 만든다.

 

 

 

 

 

 

4. 계측 및 검사 시스템

 

계측 및 검사 시스템을 통해 칩 제조업체들은 웨이퍼에 그려진 패턴을 측정해서 의도한 패턴과 얼마만큼 일치하는지 확인할 수 있다. 이런 시스템은 R&D에서부터 대량 생산까지 모든 공정의 단계에 적용되어 전체 공정 성능을 평가할 수 있다.

 

그리고 공정 제어 설루션으로 자동화된 제어 루프를 생성하는 속도와 정확도를 확인할 수 있고 각 공정마다 리소그래피 시스템 설정을 최적화하여 에지 배치 오류(EPE)를 줄여서 대량 생산 시 최고의 수율과 성능을 가능하게 한다.

 

5. 광학 계측

ASML은 YieldStar 기업의 광학 계측 설루션을 사용하여 칩 제조업체가 빠르고 정확하게 오버레이를 측정할 수 있게 만들고 대량 생산 중에 웨이퍼의 패턴의 품질을 평가할 수 있다.

 

오버레이나 칩의 한 층이 이전 층과 얼마나 잘 정렬되는지는 리소그래피 성능의 중요한 척도이고 EPE에 핵심 요소이다. 마이크로칩이 점점 작아질수록 오버레이와 EPE가 더 중요해진다.

 

YieldStar 385H는 향상된 처리량과 정밀도를 갖춘 최신 pre-etch 오버레이 및 초점 계측을 제공한다. 이전과 비교하여 더 빠르게 파장이 변화되어 단계를 빠르게 지나간다.

 

그래서 처리량에 영향을 주지 않고 다양한 파장을 사용해서 매우 정확한 오버레이 측정 및 툴 매칭이 가능하다.

 

가장 최신 모델인 YieldStar 1385H는 식각 공정 후 장치 패턴을 측정하는 기능과 더 진보된 수율 제어 기능을 제공한다. 그리고 이전 보델인 YieldStar 1375F보다 정밀도가 높고 생산성은 50% 높다.

 

YieldStar 1385H는 기기 내에서 빠르고 정확하게 오버레이나 측정을 할 수 있는 기계이고 한 번에 여러 층을 측정하는 기능이 있기 때문에 식각 공정 후 공정을 제어하여 수율을 향상할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

6. 전자빔 계측 및 검사

 

HMI 전자빔은 그려진 수십억 개의 대상 주에서 개별 칩의 결함을 찾아서 분석할 수 있는 프로세스 제어 기능이 있다. 예전에는 전자빔이 너무 느려서 대량 생산에 적용하기 어려웠지만 ASML은 처리량을 급속도로 향상 시 키 위한 다양한 방법을 시도하여 성공했다.

 

ASML은 넓게 사용되고 있던 단일 빔 플랫폼으로 물리적 결함 검사 시장에서 선두를 달리고 있다. eScan 430은 가장 최신 단일 빔 시스템으로 로직, DRAM 및 3D NAND의 다양한 애플리케이션에서 35% 이상의 처리량 향상을 달성했다.

 

그리고 고해상도 전자빔 계측 시스템인 eP5는 기존 기술보다 10배 이상 빠른 속도와 넓은 시야각 기능과 함께 세계적인 수준의 1nm 해상도를 제공한다.

 

크리티컬 치수(CD)와 에지 배치 오류(EPE) 데이터를 대량으로 출력하여 모니터링 품질 수준이 높아졌다. 또한 eP5에서 EPE 측정 애플리케이션 소프트웨어를 출시해서 기기의 모든 층에서 EPE 측정이 가능하다.

 

ASML의 혁신은 멀티빔 검사 도구인 3x3 이미지 HMI eScan 1000을 1년 전에 출시한 이후 계속되었다. 그리고 5x5 이미지로 25개의 빔으로 동시에 스캐닝하는 더 진보된 HMI eScan 1100을 출시했다. 이것은 더 높은 감도로 결함들을 감지하여 처리량 속도를 크게 향상했다.

 

 

 

 

 

 

7. 시스템 및 프로세스 제어

 

시스템 및 프로세스 제어 소프트웨어는 자동으로 제어 루프를 가능하게 하여 리소그래피 프로세스를 최적화시켜준다. 강력한 알고리즘을 사용하여 측정 및 데이터를 분석하여 후속 웨이퍼 로트에서 EPE를 최소화하기 위해 리소그래피 시스템에 피드백하여 수정한다.

 

이런 방식으로 수율과 성능을 극한으로 끌어올려 발전된 마이크로칩을 만든다. 이 시스템의 목표는 리소그래피 시스템의 유연성을 최대한 활용하여 EPE를 최소화시켜 성능을 향상하고 수정을 반복하여 강력한 알고리즘을 적용하는 것이다.

 

 

 

 

 

 

8. 전산 리소그래피

 

전산 리소그래피는 레티클 패턴과 리소그래피 시스템 설정을 최적화하여 높은 수율을 제공하고 제조 가능한 설계를 보장하여 새로운 칩을 개발하는 데 사용된다.

 

그리고 전산 리소그래피는 계측 및 검사하는데 많이 사용되어 처리량을 늘리고 대량 제조 시 더욱 정확한 모니터링과 제어가 가능하게 한다.

 

전산 리소그래피는 리소그래피 시스템과 정확한 컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로 다양한 물리적 및 화학적 효과를 나타낸다. 기계 학습 기술은 개발 속도를 높이기 위해 더 많이 사용되고 있다.

 

모델의 범위와 정확성을 높이고 계산 시간과 비용을 줄이기 위해 전산 리소그래피 서비스를 지속적으로 개발하고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

9. 설치 기반 시스템 관리

 

설치 기반 시스템은 계속 성장하고 있고 새로운 시장에 침투하여 또 다른 사용자를 찾고 있다. 넓은 고객에게 업그레이드 옵션을 포함한 광범위한 설치 기반 관리 서비스를 제공한다.

 

처리량, 패터닝 성능 및 오버레이를 개선하도록 설계된 제품과 더 확장된 기능을 가진 제품을 개발하고 판매한다. 그리고 기존 사용자에게는 기기를 업그레이드하여 사용 수명을 늘려서 관리 비용을 절감시키도록 돕는다.

 

10. 고객 지원

 

시스템 성능을 유지하고 강화하기 위해 광범위한 응용 프로그램과 서비스 및 기술을 지원한다. 7,000명의 고객 지원 담당자를 보유하고 있고 이들은 제품이 최고의 성능을 오랫동안 유지할 수 있도록 돕는다.

 

24시간 연중무휴로 익일 부품 배송, 중앙 집중식 고객 포털 및 엔지니어 교육을 제공한다. 2020년은 4,500,000시간, 2021년에는 5,000,000시간을 고객 지원했다.

 

 

 

 

 

 

11. 결론

 

반도체 산업에서 성공하려면 결국 무어의 법칙을 따를 수밖에 없다. 그렇다면 ASML과 같이 더 작은 반도체를 만들기 위한 연구를 하는 기업들은 무어의 법칙의 한계를 생각해야 할 것이다.

 

그 이유는 계속 작은 반도체만 고집하다가는 물리적 한계에 봉착하기 때문이다.

 

하지만 ASML은 이런 한계점을 어떤 기업보다도 잘 대처하고 있다고 생각된다. '모어 댄 무어'라는 전략적 목표를 세우고 물리적인 한계점을 돌파하기 위해서 기술적 지원을 아끼지 않는다.

 

그리고 지속 가능한 제품을 위하여 프로그램 업데이트 및 AS 서비스도 훌륭하게 잘 수행하고 있다.

 

 

 

 

 

 

현재까지 ASML의 성장 핵심 원동력은 DUV이다. 하지만 지금부터 EUV, High-NA 등 더 작은 반도체 칩을 생산할 수 있는 노광장비의 수요가 폭발할 것으로 예상된다. 그래도 DUV의 수요가 줄어들진 않을 것 같다.

 

왜냐하면 자동차로 비유하면 최고급 슈퍼카의 수요가 많아진다고 경차를 타는 사람들이 슈퍼카를 타진 않기 때문이다. 즉, DUV를 필요로 하는 시장은 DUV를 사용하고 EUV를 필요로 하는 시장은 EUV를 사용할 것이다.

 

 

그래서 EUV뿐만 아니라 DUV도 시장에서 여전히 엄청난 수요가 있기 때문에 ASML의 향후 10년까지 경쟁력은 굳건하다고 여겨진다.