반도체 산업(5)

제조 과정

과정을 단순화하면 이렇게 된다.

웨이퍼 위에 막을 깐다 -> 회로 모양을 찍는다 -> 필요 없는 부분을 깎는다 -> 필요한 물질을 넣는다 -> 검사한다 -> 반복

이 과정을 계속 반복하면서 복잡한 회로를 층층이 쌓아간다.

장비도 크게 역할별로 나뉜다.

| 공정        | 하는 일                  | 대표 장비기업                              |
| --------- | --------------------- | ------------------------------------ |
| **노광**    | 웨이퍼에 회로 패턴을 찍음        | ASML                                 |
| **증착**    | 웨이퍼 위에 얇은 막을 형성       | Applied Materials, Lam Research, ASM |
| **식각**    | 필요 없는 부분을 깎음          | Lam Research, TEL                    |
| **이온주입**  | 반도체 성질을 만들기 위해 원자를 주입 | Applied Materials 등                  |
| **세정**    | 공정 중 생긴 오염물 제거        | TEL, SCREEN                          |
| **CMP**   | 웨이퍼 표면을 평평하게 연마       | Applied Materials 등                  |
| **검사·계측** | 불량과 미세 구조를 검사         | KLA 등                                |

노광 장비

가장 유명한 ASML이 예시다. 노광은 쉽게 말하면 웨이퍼 위에 회로 모양을 빛으로 찍는 과정이다. 사진을 인화하는 것과 비슷한 원리다.

ASML이 중요하고 유명한 이유는 최첨단 반도체는 회로가 아주 작아서 미세한 공정으로 갈수록 더 작은 회로를 정밀하게 찍어야한다. 이때 사용되는 장비가 EUV 노광장비다. ASML이 사실상 독점적으로 공급하고 있다.

증착 장비

증착은 말 그대로 웨이퍼 위에 얇은 막을 쌓는 과정이다. 반도체는 평면 회로가 아니라 여러 물질을 얇게 쌓아가면서 만든다.이 또한 두께가 몇 나노미터 수준일 수 있기에 엄청난 정밀도가 필요하다.

식각 장비

증착으로 막을 깔고 노광으로 회로를 만들었다면 필요 없는 부분을 없애야한다. 이게 식각이다. 원하는 회로 모양만 남기고 나머지를 깎아내는 작업이다. 반도체에서는 화학물질이나 플라즈마 등을 이용한다.

예전 반도체는 비교적 평면적인 구조였다. 하지만 최근에는 3D NAND, FinFET 등 점점 3차원 구조로 되어가고 있다. 그래서 고난도의 식각 기술이 중요해졌다.

검사/계측 장비

반도체는 아주 미세하기에 눈으로 불량을 확인할 수 없다. 그래서 제조 과정에서 계속 제대로 만들어지고 있는지 측정하고 검사해야한다. 회로 폭이 제대로 나왔는지, 불순물이 있는지, 패턴이 어긋나지 않는지 등을 검사해야한다. 공정이 미세해질수록 검사와 계측의 중요도고 커진다.

수율

웨이퍼 하나에서 반도체 칩 100개를 만들었을 때 정상 제품이 90개라면 수율은 90%라고 말한다. 파운더리 입장에서는 같은 웨이퍼를 사용하고 동일한 비용을 들여도 수율이 높을수록 판매할 수 있는 칩이 많아져서 중요하다.

그래서 좋은 장비는 단순히 반도체를 만들 수 있는게 아니라 더 미세하게, 정확하게, 빠르게 높은 수율로 만들 수 있다가 핵심이다.

수익모델

굉장히 직관적이다. 제조업체가 공장을 짓거나 생산능력을 늘리려면 장비를 사야한다. 그래서 반도체 제조사들의 CAPEX가 장비사들에게는 중요한 지표다.

장비사와 반도체사의 관계

단순 판매자와 구매자의 관계보다 깊다. TSMC가 예를들어 새로운 2nm 공정을 개발하려면 혼자서 개발하는게 아니라 장비 업체들과 함께 개발하고 최적화해야한다.