반도체 밸류체인과 관련주 (국내 종목)

반도체 장비 제조공정

반도체는 크게 8개 공정을 거쳐 만든다. 

 

 

1. 웨이퍼 제조

2. 산화 

3. 포토

4. 식각

5. 증착 & 이온 주입

6. 금속 배선

7. EDS 

8. 패키징 

 

 

반도체가 완성되기까지 수백번의 과정이 이어지지만, 투자하는데 있어 이걸 하나하나 자세히 알아야 하는건 아니다. (물론 알면 좋다) 시장에서는 이를 그게 크게 8개의 공정으로 구분하고 있을 뿐이다.

 

 

1. 웨이퍼 제조 공정 

웨이퍼란 반도체 집적 회로를 만드는데 주요 재료다. 집을 지을 때 기반공사를 하듯, 피자를 만들 때 토핑을 올리기 전 도우가 필요하듯이, 웨이퍼라는 얇은 기판 위에 여려개의 동일 회로를 만들어 반도체 직접회로를 만든다. 그래서 웨이퍼는 반도체의 기반이라고도 한다.

 

웨이퍼(wafer),  키포스트

 

삼성전자 반도체이야기

 

 

2. 산화 (oxidation) 공정 

산화공정은 웨이퍼 표면에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성해 트랜지스터의 기초를 만드는 공정을 말한다.

 

전 단계에서 만들어진 웨이퍼는 아직 전기가 통하지 않는 부도체 상태다. 그래서 도체와 부도체의 성격을 모두 가진 '반도체'의 성질을 가질 수 있도록, 웨이퍼 위에 여러가지 물질을 형성시키고, 깍고, 입혀내는 작업을 해야 하는데, 이 모든 공정의 가장 기초단계가 산화 공정이다.

 

산화공정을 거치면 산화막이 회로와 회로 사이에 누설전류가 흐르는 것을 막아준다. 이 산화막은 또 이온주입공정에서 확산 방지막 역할을 하고, 식각과정에서 식각이 잘못되는 것도 막아준다. 일종의 든든한 쉴드 역할이라고 보면 된다.

 

 

3. 포토 공정

웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 과정인 포토 리소그래피(Photo Lithography)를 줄여서 포토공정이라고 한다. 

 

포토공정은 1)감광액 도포, 2)노광, 3)현상의 세부 공정으로 다시 나뉜다.

 

감광액 도포는 웨이퍼 표면에 빛에 민감한 물질인 감광액(PR, Photo Resist)을 골고루 바르는 작업이다. 마치 그림을 그리기 전 도화지 준비하는 작업이라고 할까? 혹은 사진을 현상하는 과정에서의 인화지처럼, 이 작업을 거쳐야 웨이퍼에 반도체 회로를 그려넣을 수 있는 것이다. 고품질의 미세한 회로 패턴을 얻기 위해서는 감광액(PR) 막이 얇고 균일해야 하며 빛에 대한 감도가 높아야 한다. 

 

삼성전자 반도체이야기

 

노광(Stepper Exposure)은 빛으로 웨이퍼에 반도체 회로를 그려넣는 작업을 말한다. 노광장비(Stepper)를 사용해 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 찍어낸다. 

 

포토공정(Photo)의 마지막 단계는 현상(Develop)이다. 현상 공정은 웨이퍼에 현상액을 뿌려 가며 노광된 영역과 노광 되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성하는 작업을 한다. 

 

 

4. 식각 공정

포토공정 뒤에는 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정이 필요하다. 이를 식각(Etching) 공정이라고 한다. 웨이퍼에 액체 또는 기체의 부식액(etchant)을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거한 후 반도체 회로 패턴을 만든다. 포토공정에서 형성된 감광액 부분을 남겨둔 채 나머지 부분을 부식액을 이용해 벗겨 냄으로써 회로를 형성하는 것. 

 

삼성전자 반도체 이야기

 

식각공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(wet)과 건식(dry)으로 나뉜다. 반도체가 나노 단위로 고집적화될수록 수율을 높이기 위한 건식(Dry) 식각이 많아지고 있다. 

 

건식 식각(Dry Etching) =  반응성 기체, 이온 등을 이용해 특정 부위를 제거

습식 식각(Wet Etching) = 용액을 이용 화학적인 반응을 통해 식각

 

 

5. 증착 & 이온 주입 공정

반도체 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 얇은 막을 박막(Thin film)이라고 한다.

 

증착(Deposition) 공정은 이런 웨이퍼에 얇은 박막을 입히는 공정을 말한다. 박막을 얼마나 얇고 균일하게 입혔느냐가 반도체의 품질을 좌우하기 때문에, 증착 공정은중요한 과정이다.

 

여기서 증착 공정은 크게 두가지로 나뉜다.

 

물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)

화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)

 

물리적 기상증착방법(PVD)는 금속 박막의 증착에 주로 사용하는 방법이다. 

 

화학적 기상증착방법(CVD)는 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착 시키는 방법이다. 도체, 부도체, 반도체의 박막증착에 모두 사용하는 기술이다. 

 

이온주입(Ion Implantation) 공정은 웨이퍼라는 물질에 반도체의 생명을 불어넣는 작업이다. 원래 순수한 반도체는 규소로 되어있어 전기가 통하지 않는다. 이때 이온(Ion)이라는 불순물을 넣어서 전류를 흐르게 하는 전도성을 갖게 되는 것이다.

 

6. 금속 배선 공정

금속 배선(Metal Line) 공정은 반도체에 밥줄(전기)을 연결해주는 작업이다. 

 

포토, 식각, 이온주입, 증착 공정을 반복하면 웨이퍼 위에 수많은 반도체 회로가 만들어지는데, 이 회로가 동작하기 위해서는 외부에서 전기적 신호가 전달돼야 한다. 

 

ASML

 

금속 배선 공정 역시 증착을 거쳐 진행된다. 금속을 진공 챔버에 넣고 낮은 압력에서 끓이거나 전기적 충격을 주면 금속은 증기 상태가 되는데, 이때 웨이퍼를 진공 챔버에 넣으면 얇은 금속막이 형성된다.

 

대표적인 반도체용 금속 배선 재료로는 알루미늄(Al)이 있다. 산화막(Silicon Dioxide)과의 부착성이 좋고 가공성도 뛰어나다. 

 

7. EDS 공정 

반도체도 일반 공산품과 같이 테스트를 통해 불량품을 가려낸다. 

 

반도체는 특히 테스트 과정이 다양하고 복잡하다. 크게는 ▲웨이퍼 완성 단계에서 이루어지는 EDS공정(Electrical Die Sorting) ▲조립공정을 거친 패키지 상태에서 이루어지는 패키징공정(Pakaging) 그리고 ▲제품이 출하되기 전 소비자의 관점에서 실시되는 품질 테스트 3가지가 있다. 

 

EDS 공정은 전기적 특성검사를 통해 개별 칩들이 원하는 품질 수준에 도달했는지를 확인하는 공정이다. 반도체의 수율을 높이기 위해서도 반드시 거쳐야 하는 중요한 공정이다. 

 

ASML

 

수율은 웨이퍼 한 장에 설계된 최대 칩(Chip) 개수 대비 생산된 양품(Prime Good) 칩의 개수를 백분율로 계산한 것. 쉽게 생각해서 만두피를 만들기 위해 밀가루 반죽을 크게 만들었는데 그 반죽 안에서 얼마나 많은 개수의 만두피를 찍어낼 수 있느냐, 버려지는 반죽은 어떻게 되느냐랑 같은 얘기다. 

 

8. 패키징 

패키징은 반도체가 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어주고, 고온, 고습, 화학약품, 진동/충격 등 다양한 외부환경으로부터 안전하게 회로를 보호하기 위한 공정을 패키징(packaging)이라고 한다. 

 

패키지 공정에도 단계가 다양하다. 

 

1. 웨이퍼 절단

2. 칩 접착(Die attach)

3. 금선 연결

4. 성형(Molding) 공정

 

이 4개의 패키징 공정이 끝나면, 반도체가 불량인지 아닌지 판단하는 패키지 테스트가 이어진다. 

 

이 패키지 테스트는 반도체를 검사장비(Tester)에  다양한 조건의 전압이나 전기신호, 온도, 습도 등을 가해 제품의 전기적 특성, 기능적 특성, 동작 속도 등을 측정한다. 이렇게 완제품 형태를 갖춘 후에 검사를 진행하기 때문에 ‘파이널 테스트(Final Test)’라고도 한다

 

반도체 밸류체인 (관련 종목) 

위에서 다룬 반도체 밸류체인과 관련 국내기업 종목을 한눈에 보기 쉽게 정리한 리포트가 있어 해당 내용을 발췌해 다뤄본다. 

 

 

 

이베스트투자증권 '반도체 산업분석 Over the Horizon II' 리포트 

산화	증착	연마	세정
Dry Cleaning : 피에스케이	LPCVD : 유진테크	CMP : 케이씨텍	Warter Edge Cleaning : 피에스케이
RTP : AP시스템, 원익IPS	PECVD : 원익 IPS, 테스, 주성엔지니어링	CMP Slurry : 케이씨텍, 솔브레인, SKC	Foup 세정 : 디바이스이엔지
	ALD : 원익IPS, 유진테크, 주성엔지니어링		세정재료 : 한솔케미칼, SK머티리얼즈, 원익머티리얼즈
	전구체: 디엔에프, 원익머티리얼즈, 한솔케미칼, 후성, 오션브릿지, 덕산테코피아		세정/코팅 : 코미코, 아이원스, 원익QnC, 포인트엔지니어링
	Si/Quartz Tube, Boart: 원익QnC, SKC, 월덱스		세정용 plasma 부품(RPS) : 뉴파워플라즈마
	Ceramic Heater, ESC: 미코

 

포토	식각
PR Strip : 피에스케이	Dry Etcher : 에이피티씨
PR Coater : 세메스	SiC Ring : 티씨케이, 하나머티리얼즈, 케이엔제이
감광액(PR) : 동진쎄미켐, 금호석유화학	Si/Quartz Ring : 하나머티리얼즈, 원익QnC, 월덱스
PR원재료 : 이엔에프테크놀로지	건식식각(gas) : SK머티리얼즈, 원익머트리얼즈, 후성
Blank Mask : 에스앤에스택	습식식각(Etchant) : 솔브레인, 이엔에프테크놀로지
Pellicle : 에프에스티, 에스앤에스텍

 

반도체 장비 관련주 

• 진공펌프: 엘오티베큠
• 칠러/스크러버: 유니셈, GST, 에프에스티 
• 웨이퍼 이송장비: 싸이맥스 
• CCSS : 에스티아이, 오션브릿지, 한양이엔지 
• 가스배관설비: 원익홀딩스 
• 플라즈마 세정(PPS): 뉴파워플라즈마 

 

 

 

 

이온주입	열처리	전공정
Diffusion용 Quartz : 원익QnC	Annealing : 이오테크닉스	Wafer Test : 와이아이케이

 

Sawing	패키징	검사
Dicing : 이오테크닉스	Bonder : 한미반도체	Pin/Socket : 리노공업, ISC, 티에스이
Vision Placement : 한미반도체	OSAT packaging : 네페스, 하나마이크론, SFA반도체, 윈팩, 에이티세미콘	Tester : 유니테스트, 테크윙, 엑시콘
		OSAT Test : 네페스, 테스나, 엘비세미콤, SFA반도체, 하나마이크론, 에이팩트, 윈팩, 에이티세미콘

 

삼성전자 NAND 투자 수혜 관련주 

삼성전자 NAND 밸류체인 (이베스트투자증권 9/14 리포트)