메모리 시스템 반도체 제조 공정 : EUV 관련주 테마주 대장주
국내 EUV 관련 업체는 에프에스티, 에스엔에스텍, 동진쎄미켐
반도체 제조 과정은 다음과 같이 정리
반도체 구분:
반도체는 주로 시스템 반도체와 메모리 반도체로 구분됩니다. 이 두 카테고리의 비중은 약 70%의 시스템 반도체와 약 30%의 메모리 반도체로 나뉩니다.
메모리 반도체:
메모리 반도체는 단일 기업에서 설계, 제조, 패키징까지의 모든 단계를 수행하는 반도체를 의미합니다. 메모리 반도체는 그 구조가 단순하다는 이유로 전 공정을 처리할 수 있습니다.
시스템 반도체:
시스템 반도체는 설계, 생산 및 조립 및 검사 단계를 나눠서 수행합니다. 여기서 설계는 팹리스, 생산은 파운드리, 조립 및 검사는 OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test) 기업들이 맡습니다.
시스템 반도체의 복잡성:
시스템 반도체는 다양한 종류와 복잡한 구조를 가지고 있어, 소량 다품종 생산이 일반적입니다. 이런 이유로 메모리 반도체와 달리 한 회사에서 모든 과정을 수행하기 어렵습니다.
반도체 제조 과정:
반도체 제조의 과정은 전공정과 후공정으로 나누어집니다. 전공정은 반도체를 제작하는 과정을 나타내며 비중은 약 70%입니다. 후공정은 제작된 반도체를 패키징하고 테스트하는 과정을 의미하며 비중은 약 30%입니다.
이러한 구분과 이해는 반도체 산업을 이해하고 관리하는 데 중요한 역할을 합니다.
반도체 제조 공정
반도체 8대 공정:
반도체 제조는 웨이퍼 제조, 산화, 포토(노광), 식각, 이온 주입, 증착, 연마, 세정, 금속 배선 등 총 8대 공정으로 나뉩니다.
노광, 식각 및 증착은 반도체 제조의 전공정 중에서 주요하며, 이 과정들이 약 60%의 제조 과정을 차지합니다.
1. 웨이퍼 제조:
웨이퍼는 반도체의 기본 재료로, 모래에서 실리콘을 추출하여 고온에서 녹여 생산합니다. 웨이퍼는 절단하여 8인치 웨이퍼 또는 12인치 웨이퍼로 생산됩니다. 관련 기업으로 SK실트론이 있습니다.
웨이퍼의 명칭
① 웨이퍼(Wafer): 반도체 집적회로의 핵심 재료로 원형의 판을 의미합니다.
② 다이(Die): 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집돼 있는데요. 이 사각형 하나하나가 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩인데, 이것을 다이라고 합니다.
③ 스크라이브 라인(Scribe Line): 맨눈으로는 다이들이 서로 붙어있는 듯 보이지만, 사실 다이와 다이들은 일정한 간격을 두고 서로 떨어져 있습니다. 이 간격을 스크라이브 라인이라고 합니다. 다이와 다이 사이에 스크라이브 라인을 두는 이유는, 웨이퍼 가공이 끝난 뒤, 이 다이들을 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서인데요. 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것이죠.
④ 플랫존(Flat Zone): 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역으로 플랫존은 웨이퍼 가공 시 기준선이 됩니다. 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세해 눈으로 판단할 수 없기 때문에 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단합니다.
⑤ 노치(Notch): 최근에는 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있습니다. 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높습니다.
2. 산화:
이 단계에서 생산된 웨이퍼의 표면에 산화막을 형성합니다. 산화막은 웨이퍼를 보호하고 전류를 차단하는 역할을 합니다. RTP(급속 열처리) 장비를 사용하여 웨이퍼를 고온으로 처리합니다.
원익 IPS와 AP시스템은 관련 기업입니다.
3. 포토(노광):
웨이퍼에 회로를 그리는 가장 어려운 단계인 포토 공정입니다.
웨이퍼의 산화막 위에 감광액을 도포하여 회로 패턴을 그립니다. 감광액은 빛에 민감한 물질로, 높은 품질의 회로를 그리기 위해 막이 얇고 균일해야 합니다.
노광장비(DUV, EUV)라는 빛으로 마스크(설계도)에 쏘으면 웨이퍼에 도포된 감광액이 빛에 반응하여 회로가 그려집니다. 빛을 받은 부분은 PR로 인해 굳어지며 회로 그리게 됩니다.
관련 기업으로 동진쎄미켐과 에프에스티 자회사 이솔의 EMiLE이 있으며, EMiLE은 PR 테스트를 위한 장비로 ASML의 EUV 스캐너와 협력하여 테스트가 가능합니다.
4. 식각 :
포토 공정을 거친 웨이퍼에 식각 물질을 반응시켜서 빛에 반응한 감광액을 제외하고는 모두 녹여내는 공정입니다.
식각 과정에서 감광액과 산화막까지 녹여내면 웨이퍼가 노출됩니다. 이때 산화막이 남은 부분 녹은 부분의 간격이 점점 좁아지고 있으며 이 간격을 10 나노, 5 나노, 3 나노 등으로 구분합니다.
공정의 미세화, 고단화해서 감광시키고, 녹여내는 기술이 중요한 이유입니다.
식각으로 산화막을 제거했다면 이제 남은 감광액도 제거하는데 이를 PR Strip이라 합니다.
식각 공정 밸류체인
식각액 : 솔브레인, 이엔에프테크놀로지
쿼츠 : 원익QNC
파츠 : 하나머티리얼즈, 티씨케이, 월덱스, 제이엔제이
전구체 : 디엔에프, 한솔케이칼
PR Strip : 피에스케이
특수가스 : 원익머트리얼즈
스크러버 : 유니쎔, GST
건식 장비 : 램리서치, 에이피티씨
5. 이온주입 :
웨이퍼는 순수한 실리콘(규소)으로 구성되어 있어 전기가 흐르지 않습니다. 이런 순수한 웨이퍼에 전기적 특성을 부여하기 위해 불순물(이온)을 주입하는 과정이 필요합니다. 이때 불순물(이온)이 주입되면 웨이퍼가 전기적 특성을 갖게 되고, 이로써 웨이퍼는 반도체로 전환됩니다. 이 과정은 반도체 제조의 중요한 단계 중 하나이며, 웨이퍼에 특정 전기적 특성을 부여하여 반도체 칩을 제조하는 데 필수적입니다.
6. 증착 :
이온 주입 후 이온 소실을 막고 산화막을 고정하기 위해 증착(또는 진공증착)이라는 과정이 필요합니다. 이 과정에서는 원자나 분자 단위의 물질을 웨이퍼의 표면에 얇은 박막으로 코팅합니다. 이렇게 코팅된 박막은 전기적 특성을 가져야 합니다.
증착 방법에는 PVD(물리기상증착), CVD(화학기상증착), ALD(원자층증착) 세 가지 공정이 있으며, 현재는 화학기상증착(CVD)이 가장 널리 사용되고 있습니다. 그러나 EUV(극자외선) 공정에서는 원자층 증착(ALD)이 필수적입니다. 원자층 증착(ALD)을 수행하기 위해서는 High-K 기술이 필요합니다.
High-K는 유전율이 높은 물질로, 반도체 미세공정에서의 누설 전류를 줄이고 효율적으로 전기를 차단하는 역할을 합니다. 이렇게 미세한 전기적 특성을 조절하여 반도체 소자의 성능을 향상하는데 중요한 역할을 합니다.
증착공정 밸류체인
CVD : 장비 - 원익IPS, 테스, 주성엔지니어링
ALD : 원익IPS, 유진테크, 주성엔지니어링
High-K : 소재 - 디엔에프, 레이크머티리얼즈, 덕산테코피아, 장비 : HPSP
소모성 부품 : 원익QNC, 월덱스
7. 연마(CMP) :
위 과정이 반복되는 동안 표면이 불규칙하게 됩니다. 이 표면을 다듬는 과정입니다.
연마는 회전하는 패드 위에 연마제(CMP 슬러리)를 뿌리고 웨이퍼를 회전하며 웨이퍼가 평평해지고 박막의 두께가 균일하게 합니다.
CMP 장비 : 케이씨텍
CMP 슬러리 : 케이씨텍, 솔브레인
8. 세정 :
연마 등으로 불순물이 붙어 있을 수 있으니 이를 깨끗하게 제거하는 공정입니다. 미세공정으로 갈수록 세정을 많이 합니다.
오염은 반도체 신뢰성 및 양산 수율에 큰 영향을 미치므로 공정의 미세화로 인해 미세한 파티클, 미량의 금속 오염 제거가 점점 더 중요해지고 있어요.
세정공정 밸류체인
세정장비 : 제우스, 디바이이스이엔지
세정재료 : 한솔케미칼, 원익머니리얼즈
부품 세정 / 코팅 서비스 : 코미코, 한솔아이원스, 원익 QNC
- 반도체 테스트공정 밸류체임
계측장비 : 넥스틴, 오로스테크놀로지
AFM : 파크시스템스
프로브 카드 : 티에스이, 마이크로프랜드, 샘씨엔에스
테스트 핸들러 : 테크윙
웨이퍼 테스트 : 와이아이케이
번인 테스트 : 엑시콘, 네오셈, 유니테스트, 디아이
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