산업공부/반도체

반도체 - 스크러버 (유해가스 제거설비)

시위를 벗어난 화살처럼 2023. 6. 23. 21:20

230518_GST.pdf (kirs.or.kr)

 

반도체 공정 내 부산물 처리 장비인 스크러버

스크러버는 반도체와 디스플레이 등의 생산 공정에서 배출되는 가스를 정화하는 장비이다. 반도체 공정 중 CVD, 식각, 세정 공정에서 사용되는 과불화합물(PFCs: Perfluorinated compounds)을 포함한 혼합 폐가스는 다양한 온실가스 및 유해 대기오염물질로 구성되어 있다. PFCs는 비활성, 불연성, 무독성 등 의 장점으로 인해 반도체 및 디스플레이 산업에서 반드시 필요한 물질로써 사용되고 있으며 온실가스 배출 규제 대응 및 친환경 공정을 위해 공정 폐가스 처리는 필수적이다. 공정 장비에서 배출되는 부산물을 공정 장비와 연결 된 1차 스크러버에서 제거한 후 남아있는 잔여 부산물을 2차 스크러버에서 최종적으로 처리한다.

 

ㅁ 반도체 공정 내 부산물 처리 과정

스크러버의 종류는 Wet, Dry, Heat-wet(Heater, Thermal-wet), Burn-wet, Plasma-wet 방식으로 구분되며, PFCs 가 사용되는 공정의 폐가스 처리에는 주로 Heat-wet, Burn-wet, Plasma-wet 방식이 사용된다. 3가지 스크러버는 열에너지 공급 방식에 따라 분류된다.

 

Heat-wet은 전기 히터를 이용한 열분해 방식이며, Burn-wet은 LNG를 사용한 직/간접 가열 소각 방식이다. Plasma-wet은 전기에너지를 사용한 열플라즈마로 소각하는 방식이다. GST는 스크러버 중 Burn-wet 방식의 비중이 높다.

 

ㅁ 스크러버 타입별 장단점

 

ㅁ 반도체 스크러버 종류별 특징 및 장단점

 

ㅁ 한국의 스크러버 시장에서 상장사 :

  - 유니셈, GST, 지앤비에스엔지니어링 (3개사)

  - 외국계 기업의 한국법인(씨에스케이, 에드워드코리아)과 경쟁

 

 

 

 

1) 공정용 불소가스가 다양해져 10K당 스크러버 수주 금액 증가

한국에서 반도체용 스크러버가 정화시키는 공정용 가스의 소요량이 증가하게 된 초기 이벤트는 웨이퍼 크기의 확장이다. 예를 들어 삼성전자의 경우 기흥에 반도체 설비투자를 전개했을 당시에는 6인치 웨이퍼를 사용했다. 웨이퍼 크기가 8인치와 12인치로 늘어나면서 공정용 가스의 소요량이 늘어났다. 그러나 공정용 가스를 정화하는(제거하는, 저감하는) 스크러버도 진화했다. 초기에 6인치 웨이퍼 공정에서 가스 사용량이 제한적일 때는 물로 씻어내는 Wet 방식의 스크러버가 사용됐다. 그러나 식각공정용, 세정공정용 가스가 다양화되고 그중에서 불소(플루오린) 가스가 국산화되면서 스크러버의 방식도 진화했다.

 

예를 들어 반도체 챔버 세정용으로 사용되는 삼불화질소(NF3, SK머티리얼즈와 효성화학 등이 공급) 가스가 적용된 이후에는 이를 정화하기 위해 스크러버 중에서 Heat-Wet 방식의 스크러버가 주로 사용된다. 한편, 절연막 중에서 이산화실리콘막을 식각하는 데 사용되는 테트라플루오르메탄(CF4) 가스가 적용된 이후에는 이를 정화하기 위해 스크러버 중에서 Plasma Wet 방식의 스크러버가 사용된다.

 

스크러버 공급사 유니셈의 홈페이지를 참고하면 Plasma Wet 방식의 스크러버로 정화할(처리할) 수 있는 가스는 과불화합물 가스(NF3, SF6, CF4, C2F6, C3F8), 가연성 가스(SiH4, DCS, TEOS, H2, PH3), 수용성 가스(Cl2, HF, HCl, NH3)로 다양하다.

 

이렇게 다양한 가스 중에서 비교적 다량으로 사용되는 불산가스는 NF3(삼불화질소), C4F6(육불화부타디엔), F2/N2 혼합가스이다. 공정용가스가 다양화되면서 유해가스를 처리하는 스크러버 공급사의 장비 수주 금액도 증가한다. 예를 들어 DRAM 메모리 반도체 20나노미터 기준의 스크러버 및 기타 장비 수주 금액이 100(상대 비교)이라면, 1X나노미터, 1Y나노미터, 1Z나노미터에서는 각각 125, 150, 175이다.

 

이렇게 늘어나 는 이유는 (1) 스크러버 소요량이 물리적으로 증가하고 (2) 각 스크러버의 specification도 고성능화되기 때문이다. 또한, 3D-NAND Flash 구조가 고단화(96단 에서 128단으로)되는 경우에는 기존 장비의 업그레이드도 필요하다. 

 

2) 스크러버 사업에서 규모의 경제 달성해 영업이익률 개선

과거에 반도체용 스크러버 공급사가 반도체 공정장비 공급사 대비 저평가됐던 원인 중의 하나는 마진의 격차이다. 예를 들어 2016년 연간 영업이익률을 비교해보면 스크러버 공급사 유니셈 7.7%, GST 5.4%로 원익IPS(11.8%), 유진테크(25.8%), 테스 (20.3%)와 차이가 크다. 그러나 2021년 1~3분기 누적 기준으로 유니셈 16.9%, GST 16.4%, 원익IPS 17.9%, 유진테크 25.9%, 테스 19.7%를 기록하며 유니셈과 GST의 영업이익률이 2016년 수준(유니셈 7.7%, GST 5.4%) 대비 개선된 것을 알 수 있다.

 

이것이 가능했던 이유는 유니셈과 GST의 분기 매출 앞자리가 300억 원, 400억 원 수준을 탈피해 성수기에는 700억 원, 800억 원 수준까지 달라졌기 때문이다. 앞서 언급했던 것처럼 다양한 식각 및 세정 가스 적용에 따른 스크러버 종류 다변화와 더불어 기존에 설치했던 스크러버의 유지·보수 매출 증가, 해외 고객사로의 매출 확대 등이 유니셈과 GST의 매출이 규모의 경제를 달성하는 데 기여했다.

 

3) 중화권(Local, Multinational) 고객사로의 매출 확대

반도체용 스크러버 공급사의 실적 지표 중에 매출이 규모의 경제를 달성하고 이로 인 해 영업이익률이 개선되는 또다른 이유는 유니셈, GST, 지앤비에스엔지니어링이 해외 고객사로 매출을 확대했기 때문이다. 유니셈의 경우 국내에서 삼성전자향 점유율을 늘리는 데 주력하는 한편, 일본의 메모리 반도체 고객사(Kioxia) 내에서 점유율을 늘렸고, 디스플레이용 스크러버를 중국 디스플레이 고객사에 공급했다.

 

이에 따라 분기별 로 삼성전자향 매출이 높은 경우에 상대적으로 성수기를 기록하기는 하지만, 비수기에 도 10%를 상회하는 영업이익률을 안정적으로 창출하고 있다. GST의 경우 중화권 Local 고객사와 Multinational 고객사로 영업을 강화했다. 이에 따라 GST의 연간 매 출 중에 수출 비중은 2016년 25.3%, 2017년 17.2%, 2018년 32.3%, 2019년 52.4%, 2020년 36.8%로 늘어나는 추세이다.

 

GST의 이러한 노력은 GST의 분기 매출의 흐름 에 영향을 끼쳤다. 한국의 반도체 장비 공급사 중에서 국내 매출 비중이 높은 기업은 일반적으로 상반기 매출이 하반기 대비 큰 상고하저의 흐름을 보인다. 그러나 GST의 경우, 2021년 분기별 매출 중에서 4분기가 1~3분기 대비 클 것으로 전망된다. 이렇게 4분기 매출이 최대 매출을 기록하는 현상은 반도체 장비 분야 중에 스크러버뿐만 아니라 포토레지스트 제거용 Dry Stripper, 화학물질 중앙공급장치(CCSS: Central Chemical Supply System), High-K 증착장비 분야에서도 나타날 것으로 기대된다. 대체적으로 중화권(중국, 대만) 반도체 고객사로부터의 수주가 탄탄하기 때문이다.

 

 

4) 일본, 독일, 영국 경쟁사 대비 점유율 확대

한국의 반도체용 스크러버 공급사의 매출이 규모의 경제 수준을 달성하며 성장하는 비결 중 하나는 스크러버 시장 내에서 해외 경쟁사 대비 점유율을 늘리고 있기 때문이다.

 

유니셈의 경우 삼성전자의 메모리 반도체 분야에서는 이미 높은 점유율을 기록하고 있는 가운데 2021년부터 삼성전자의 비메모리 반도체 분야에서도 점유율을 확대했다.

 

GST의 경우 글로벌 메모리 반도체 고객사 중에 Micron의 생산라인(싱가포르, 독 일)에서 점유율을 늘리고 있다.

 

지앤비에스엔지니어링의 경우 중화권(Multinational) 시장에서 해외 기업을 대체하고 있다.

 

이렇게 한국과 글로벌 시장에서 한국 스크러버 공급사의 약진이 두드러지게 나타나고 있다. 이를 알 수 있는 지표 중 하나는 한국 시 장에서 삼성전자와 SK하이닉스의 설비투자 증가율과 한국 스크러버 공급사 3개사(유 니셈, GST, 지앤비에스엔지니어링)의 매출 증가율을 비교하는 것이다.

 

2021년과 2022 년의 국내 반도체 고객사(삼성전자, SK하이닉스) 설비투자 증가율은 컨센서스 기준으 로 전년 대비 각각 18.1%, 4.9%이다. 그러나 유니셈, GST, 지앤비에스엔지니어링의 합산 매출 증가율은 컨센서스 기준으로 각각 38.4%, 15.5%이다. 이처럼 스크러버 공 급사의 매출 증가율이 국내 전방산업의 설비투자 증가율을 앞선다.

 

그밖에 한국 스크 러버 공급사 3개사의 성장을 알 수 있는 또다른 지표는 국내 시장에서의 점유율이다.

국내 시장에서는 유니셈, GST, 지앤비에스엔지니어링과 더불어 CSK(비상장), 에드워 드코리아(비상장)이 경쟁하고 있는데, 5개사의 연간 매출을 비교해보면, 그중에서 유니 셈, GST, 지앤비에스엔지니어링의 합산 매출 비중(점유율)이 2016년 19%, 2017년 24%, 2018년 24%, 2019년 25%, 2020년 26%로 점차 늘어나고 있다.

 

ㅁ 스크러버 기업 특징

1. 유니셈 : 반도체와 디스플레이용 스크러버와 칠러를 공급

   - 삼성전자 내에서 점유율을 늘렸고, SK하이닉스향으로도 유 의미한 매출을 기록

   - 유니셈의 경우 연소 방식이든, 비연소 방식이든 다양한 방식의 스크러버를 공급했 던 경험을 살려 고객사의 수요 다변화에 적극적으로 대처 가 능하다는 점이 긍정적

 

2. GST : 반도체공정용 스크러버 (유해가스 정화장비) 및 칠러(온도조절 장비) 개발 및 생산

   - 삼성전자, Micron, YMTC, CXMT 등 국내외 고객사에 장비를 납품

3. 지앤비에스엔지니어링 : 반도체용 스크러버 공급사

   - SK하이닉스향으로 국내 매출이 발생

   - IPO 직후에 무폐수방식(Plasma Dry Scrubber, Hybrid Scrubber) 스크러버 공급사로 주목받 았지만, 그 밖에도 Plasma Wet Scrubber, Thermal Wet Scrubber, Wet Scrubber(물을 분사해 수용성 유해가스 저 감) 등 다양한 스크러버를 공급하고 있다. 이와 더불어 오염 /공해 저감에 이바지하는 제품 포트폴리오를 보유하고 있다. Powder Trap은 반도체 진공펌프용 배관에 쌓이는 파우더(잔 여물)의 적체를 최소화해 배관 막힘 현상을 해결하고 부품 수명 연장에 이바지한다. 아울러 산업 현장에 적용되는 백연 (白煙, Steam) 저감 장치를 보유했다. 

 

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