반도체 제조 공정 + 에프에스티 소식

최근 주식시장을 한 마디로 정리하자면 '왕의 귀환'이라고 할 수 있을 것 같다. 여기서 왕은 주식을 하는 사람이라면 누구나 공감하듯 반도체이다. 생성형 AI로 인해 엔비디아 관련주가 시장의 뜨거운 관심을 받았고 그다음으로 고성능 메모리인 HBM3와 관련된 주식, 그리고 이 열기가 전공정 관련 장비기업으로 확산되는 분위기가 감지되는 걸 보니 다시금 반도체의 계절이 오는 듯하다.

 

반도체 제조 공정 간단 정리

반도체 제조는 여러 단계의 공정을 거치며 장비와 소재, 부품이 들어가는 구조다. 따라서 업종 분석을 위해 제조 공정을 이해하는 것은 반드시 필요하다. 공정마다 기술적 난이도가 다르고 장비와 소재를 공급하는 여러 기업들이 존재하며 반도체 제조는 크게 전공정과 후공정으로 나뉜다.

• 웨이퍼 제조(전공정)
• 산화(전공정)
• 포토(전공정)
• 식각(전공정)
• 증착(전공정)
• 테스트 & 패키지(후공정)

웨이퍼 제조

웨이퍼 제조 공정은 모래나 규석에서 추출한 실리콘으로 잉곳을 만든 후 동글고 얇게 절단해 반도체 원판으로 가공하는 것을 말한다. 원판은 회로를 그려 넣을 수 있게 표면을 매끄럽게 처리해야 하는데 이때 표면을 연마하는 소재로 CMP 패드와 슬러리를 사용한다.

 

산화 & 열처리 공정

산화 공정은 웨이퍼를 보호하는 산화막을 형성하는 공정이다. 산화막은 회로와 회로 사이에 전류가 흐르는 것을 차단하고 이온 주입과 식각 공정의 오류를 막는다. 산화 & 열처리 공정은 800 ~ 1200도의 고온을 사용하므로 열처리 장비가 사용된다.

 

포토 공정(포토, 노광, 현상)

포토 공정은 산화막을 입힌 웨이퍼 위에 회로를 그리는 공정이다. 회로를 그려 넣은 포토마스크를 먼저 제작하고, 웨이퍼 위에 빛에 반응하는 감광액을 입힌다음 포토마스크를 대고 빛을 쪼인다(노광). 이렇게 하면 포토마스크를 통과한 빛에 의해 웨이퍼에 회로가 새겨진다. 그 후 웨이퍼에 현상액을 뿌려 빛이 통과한  영역과 그렇지 않은 영역을 나누어 회로 패턴을 만든다(현상). 

반도체 제조 공정에서 국산화 비율이 가장 낮은 공정이 바로 포토 공정이며 국산화를 위해 많은 기업들이 기술개발을 하고 있으며 대표적인 예가 에스티아이와 동진쎄미캠이다. 극자외선 노공 장비인 EUV는 네덜란드 기업인 ASML이 유일하며 항상 갑의 위치에 있다고 할 수 있다.

 

식각 공정

식각 공정은 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정으로 세정을 함께 진행한다. 식각 방식은 건식과 습식으로 나뉘고, 방식에 따라 사용하는 장비가 다르다. 낸드플래시의 단수가 올라 갈수록 식각 공정에 쓰이는 소재량이 늘어나기에 식각 공정의 소재 기업의 매출이 늘어난다.

 

증착공정

증착 공정은 웨이퍼 위에 박막을 입히는 과정을 말한다. 박막은 회로를 구분하고 연결하며 보호하는 역할을 하는 얇은 막이다. 증착은 주로 화학적 기상 증착법(CVD)을 주로 사용한다. 박막은 전기적 신호를 연결하는 전도층과 내부 연결층을 분리하고 오염을 차단하는 절연막층으로 구분 된다. 

 

테스트 & 패키징 공정

이 공정은 테스트, 금속 배선, 성형공정으로 이루어진다. 반도체의 불량 검사인 테스트는 박막 증착 공정이 끝난 다음 행하는 EDS 테스트, 조립 공정을 거쳐 패키지화한 상태에서 이루어지는 패키징 테스트, 출하하기 전에 실시하는 품질 테스트 등이 있다. 

 

에프에스티

AI로 인한 투자가 증가하면 당연히 선단공정이 늘어난다. 그러면 로직 반도체를 제작할 때 EUV 사용은 필수적이라 볼 수 있고 이는 D램도 마찬가지라고 생각된다. 업계 표준이 될 DDR5부터 EUV공정이 들어가며 앞으로 EUV 사용은 더욱더 늘어날 것으로 판단된다. 앞서 소개했듯 노광 공정에서 국산화율이 가장 떨어지는데 최근 상당히 반다운 소식이 들려왔다. 바로 에프에스티가 국내 반도체 제조사에 EUV 펠리클 탈부착 장비와 검사 시스템을 처음으로 공급한다는 것이다. 사실 장비를 공급한 것도 중요하지만 아래의 사실이 더 중요한 것 같다.

1. 에프에스티가 각고의 노력을 기울여 오랫동안 연구해 온 분야에서 결실을 보였다는 사실
2. 삼성전자나 하이닉스향으로 상당 부분 매출이 발생할 수 있다는 사실
3. 후발 주자가 나오기 힘든 만큼 과점적 지위를 누릴 수 있다는 사실
4. 광원을 보유하게 되었으므로 플랫폼 기술로서 EUV관련 제품을 지속적으로 개발, 생산 가능하다는 사실

 

최근 후공정 업체들이 불을 뿜고 있는데 오늘 주식 시장을 보면 그 열기가 전공정으로 확산되는 것을 느낄 수 있었다. 그런 의미에서 전공정에서 가장 중요한 공정이라 볼 수 있는 노광공정에서 두각을 드러내고 있는 기업인 에프에스티에 주목할 필요가 있다.