반도체 주식투자에 앞서 최소한의 이해를 돕고자 기사를 읽고 어떤 기업인지 알고 주식을 매수하기 위한 기본적인 지식을 공유하고자 합니다. 직장인으로서, 그리고 전공과 관련 없는 사람으로 제가 이해한 부분을 쉽게 작성하여 다수의 사람들에게 도움이 되고자 본 글을 작성합니다.
반도체 제조공정
반도체는 크게 전공정/후공정으로 나뉘게 된다. 전공정은 회로를 세기기 위한 공정으로 볼 수 있으며, 후공정은 회로가 새겨진 반도체를 실제 제품화하는 과정으로 볼 수 있다.
전 공정은 웨이퍼 제조 -> 산화 -> 포토(노광) -> 식각 -> 이온주입 -> 증착 -> 연마 -> 세정 -> 금속배선의 공정으로 거치게 된다. 각 공정의 기본적인 의미를 공감해보자
첫번째, 웨이퍼 제조
웨이퍼 제조이다. 모래에서 규소(실리콘)을 추출하고 고온의 열로 용해하여 실리콘 용액을 생산하고 잉곳을 만들게 된다. 이 잉곳을 가로로 절단하여 웨이퍼를 만들게 된다.
웨이퍼 시장의 특징은 2016년 이후 상위 5개사로 재편되었다(Shin-Etsu, SUMCO, SK실트론, Siltronic 이 대표적인 기업이다. 필수 원재료로 적정 물량 확보가 관건이며 대부분 안정적이 공급을 하고자 장기 공급 계약으로 이루어진다. 장기공급으로 웨이퍼의 가격 변동은 제한적이며 공급자 우위의 시장이다. 최근 전력반도체 시장의 성장으로 SIC가 부각되고 있다.
웨이퍼 제조는 그림을 그리기 위한 도화지를 만드는 과정이라고 생각하면 된다.
두번째, 산화 공정(그림을 그리기전에 도화지 표면에 이 물질을 제거하고 세팅하는 공정)
도화지에 그림을 그리기전에 도화지 표면을 보호하고 세팅하는 공정이다. 웨이퍼 표면에 800~1200도의 고온 상태에서 웨이퍼에 산소나 수증기를 투입하여 웨이퍼 위에 얇을 산화막을 형성시킨다. 이 산화막은 웨이퍼를 보호하고 누설 전류를 차단하는 역활을 하게 된다.
산화막을 형성하여 전류차단 웨이퍼를 보호하는 역할 즉, 반도체를 잘 제조하기 위하여 세팅하는 공정이다.
산화 공정의 주요기업으로는 RTP장비(급속 열처리장비. 짧은 시간내에 웨이퍼를 고온으로 처리하기 위해 필요한 장비) 기업인 원익IPS, AP시스텝이 있다. 드라이 클리닝 장비도 있는데 이는 웨이퍼 위의 제거 불가능한 자연물을 제가하는 장비로 대표 기업으로는 피에스케이가 있다.
세번째, 포토 공정이다(사진을 찍어 웨이퍼에 회로를 그리는 공정)
반도체 웨어퍼 위에 빛을 투과하여 회로를 그리는 공정이다. 반도체 공정 중에서 난이도가 높고 중요한 공정이다.
산화막이 형성된 웨이퍼위에 감광액을 도포한다. 감광액은(Photo-resist)로 빛에 민감한 물질. 감광액 막이 얇고 균일해야 고품질의 정교한 회로 패턴을 그릴 수 있다. 즉 사진을 잘 찍기 위해 웨이퍼위에 바르는 물질이라고 생각하면 쉽다. 대표 기업으로는 동진쎄미켐이 있다.
감광액을 도포하였으면 노광장비로 빛을 마스크에 투과하여 웨어퍼에 훼로를 새기게 된다. 반도체의 미세화로 여러차례 언급되는 장비인 EUV는 포토 공정에서 활용하게 된다. 이재용 회장이 이 장비를 얻기위해 네덜란드 ASML에 방문하였다는 기사는 삼성전자, 주식 혹은 반도체에 관심이 있는 사람들은 한번 쯤은 봤을 기사이다.
노광장비(EUV 미세화, DUV 상대적으로 덜 미세화)를 통해 마스크(설계도)에 빛을 투과하여 회로를 그리는 공정이 포토 공정이다.
상단의 그림을 보면 화면상 좌측이 DUV, 우측이 EUV로 볼 수 있다. 하나의 원판위에 더 많은 반도체를 생산할 수 있는 EUV가 더 효율적인 방법으로 볼 수 있다. 미세화의 필요성은 결국 생산의 효율성에서 기인한다.
빛을 마스크에 투과하여 회로를 새겨 회로패턴을 새기는 과정이 포토 공정이다.
노광장비의 주요 기업은 DUV와 EUV로 나눌 수 있다. DUV는 ArF(193nm), KrF(248nm)의 광원을 사용한다. ASML과 니콘이 대표기업이다. EUV는 13.5NM의 광원을 사용한다(미세공정 구현이 가능) 7나노 이하의 미세공정에 도입되고 있다. ASML이 대표기업이다.
포토마스크 주요기업을 살펴보자 포토마스크(회로를 새기기는 설계도)는 에스앤에스텍이 있다. 펠리클(마스크를 보호하는 부품)은 에스앤에스텍과 에프에스티가 대표기업이다. 감광액(회로를 잘 새기기 위해 웨이퍼 표면에 바르는 소재)은 동진쎄미켐과 영창케미칼 그리오 이엔에프테크가 대표 기업이다. 추후 회로를 다 웨이퍼에 새긴 이후에 감광액을 제가해야 하는데 이를 PR-Strip이라고 한다. 감광액을 제가하는 장비의 대표 기업은 피에스케이가 있으며, 마지막으로 포토마스크의 결함을 발견하는 장비의 대표기업은 파크시스템즈가 있다.
웨이퍼 / 산화 / 포토 공정의 요약
반도체 제조중 3단계는 그림을 그리는 공정이다. 웨이퍼는 도화지를 질 좋게 만드는 것이며 산화는 만들어진 도화지에 그림이 잘 그려질 수 있도록 강화하고 보정하는 공정으로 볼 수 있다. 마지막으로 포토는 그 잘 다듬어진 종이에 빛을 통하여 그림을 그리는 공정이다.
반도체의 미세화로 EUV공정이 중요하다. 그래서 ASML은 슈퍼을로 유명한 회사이다. EUV를 하기 위해서는 EUV를 위한 포토마스크와 펠리클 등 부차적인 장비들이 필요한데, 이를 개발하는 곳이 에프에스티와 에스앤에스텍이다.
아래는 에프에스티의 월봉이다. 19년말 10,000원도 되지 못하였던 주가는 미세화 공정에 필요한 장비에 대한 기대감과 최고가 기준 39.,450원으로 상승하였으며, 이는 그 사업이 구현됨에 따라 회사에 대한 평가는 재 평가되었다고 볼 수 있다.
최근에는 패키징에 대한 관심이 높지만, 예전에는 EUV 미세화에 대한 관심이 더 높았던 것을 반영한다. 그렇다고 지금 EUV가 중요하지 않는 것은 아니다.
글을 마치며
비전공자이지만 기업의 정보를 보면, 기사를 보면 큰 흐름에서 이해할 수 있도록 공부한 내용입니다. 디테일은 부족하겠지만 이해를 돕고자 작성하였으며 전문적이고 세부적인 내용들은 여기에 살을 붙여 공부하시면 더 도움이 되리라 생각합니다. 긴글 읽어주셔서 감사드리며 추후에 남은 공정에 대해 쉽게 작성해보도록 하겠습니다.
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