▶ 웨이퍼 제조에 필요한 재료
반도체 집적회로는 다양한 기능을 처리하고 저장하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적한 전자부품을 말합니다. 웨이퍼라는 얇은 기판 위에 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 집적회로가 탄생되는 만큼, 웨이퍼는 반도체의 기반입니다.
웨이퍼는 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판을 의미하는데요. 대부분의 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘으로 만듭니다.
반도체 산업을 기반으로 성장해 전 세계 소프트웨어 산업의 중심지가 된 미국 실리콘밸리(Silicon Valley)의 경우 반도체 재료 ‘실리콘(Silicon)’과 산타클라라 인근 ‘계곡(Valley)’에서 만들어진 지명이라고 하는데요. 실리콘밸리와 연결 지어 생각하면 반도체 웨이퍼 재료 실리콘도 기억하기 쉽겠죠? 실리콘은 지구상에 풍부하게 존재하고 있어 안정적인 재료 수급이 가능하고, 독성이 없어 환경적으로도 우수하다는 장점을 가지고 있습니다.
▶ 웨이퍼 제조 공정
1단계. 잉곳(Ingot) 만들기
모래에서 추출한 실리콘을 반도체 재료로 사용하기 위해서는 순도를 높이는 정제 과정이 필요합니다. 실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것을 결정 성장시켜 굳히는 건데요. 이렇게 만들어진 실리콘 기둥을 잉곳(Ingot)이라고 합니다. 수 나노미터(nm)의 미세한 공정을 다루는 반도체용 잉곳은 실리콘 잉곳 중에서도 초고순도의 잉곳을 사용합니다.
2단계. 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 잉곳 절단하기(Wafer Slicing)
둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해서는 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업이 필요합니다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정해 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 웨이퍼가 되는데요. 웨이퍼 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇고 커지는 추세입니다.
3단계. 웨이퍼 표면 연마(Lapping&Polishing) 하기
절단된 웨이퍼는 가공을 거쳐 거울처럼 매끄럽게 만들어야 되는데요. 절단 직후의 웨이퍼는 표면에 흠결이 있고 거칠어 회로의 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 그래서 연마액과 연마 장비(Polishing machine)를 통해 웨이퍼 표면을 매끄럽게 갈아냅니다.
가공 전의 웨이퍼를 아직 옷을 입지 않은 상태라는 의미로 베어 웨이퍼(Bare wafer)라고 합니다. 여기에 여러 단계의 물리적, 화학적 가공을 거쳐 표면에 IC를 형성시키고 가공 단계를 거치면 아래와 같은 모습이 되는데요. IC칩까지 완성된 웨이퍼 각각의 명칭은 아래와 같습니다.
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.
반도체 사업에는 웨이퍼를 생산하는 웨이퍼 산업과 웨이퍼를 자재로 해 회로를 설계하고 제조하는 웨이퍼 가공산업인 팹(FAB, Fabrication) 산업이 있습니다. 또한, 가공된 웨이퍼를 가져다가 다이를 잘라서 습기나 압력에 보호받게 포장(package)하는 어셈블리(assembly) 사업도 있습니다.
▶ 웨이퍼 관련주
하나머티리얼즈
동사는 2007년 설립되어, 실리콘 및 실리콘카바이드(SiC) 소재의 일렉트로드와 링 제조 및 판매를 주요 사업으로 영위함.
동사의 주요 제품은 반도체 제조공정 중 에칭공정에 사용되는 핵심부품인 실리콘 소재의 일렉트로드와 링 등으로 반도체 칩 생산의 수율과 제품의 성능을 결정하는 고부가가치 부품임.
실리콘부품 위주의 사업구조에서 사업 및 제품 포트폴리오를 다각화하고자 실리콘카바이드사업(SiC)을 추진하고 있음.
- 동사는 반도체 제조공정용 구조기능성 부품인 실리콘 일렉트로드 및 링의 제조 및 유통업을 목적으로 2007년 1월에 설립되었음.
- 일본 반도체 장비 업체인 도쿄일렉트론이 2대주주이며, 세메스, 어플라이드머티리얼즈 등 국내외 반도체 장비 업체에 제품을 공급함.
- 일렉트로드, 실리콘 등의 소재인 실리콘 잉곳 양산 기술까지 보유하고 있으며, 충남 천안시 백석사업장과 아산시 아산사업장에서 제품을 생산함.
RFHIC
1999년 08월 20일에 법인 형태로 설립되었으며 2017년 09월 01일 코스닥시장에 기업공개를 실시함.
동사는 경쟁사보다 먼저 미래 산업의 변화를 예측하여 신소재인 질화갈륨(Gallium Nitride, 이하 GaN)을 이용한 제품 개발 및 상용화를 시도하였음.
중소기업이지만 비교적 짧은 기간 안에 시장을 공략할 수 있었던 이유는 GaN이라는 신소재를 이용한 무선 주파수 전력 증폭기를 개발했기 때문임.
- 동사는 무선 통신과 방위산업 등에 쓰이는 질화갈륨(GaN, Gallium Nitride) 트랜지스터와 GaN 전력증폭기를 주력으로 생산하는 국내 유일의 업체임.
- 동사의 주요 매출처는 삼성전자와 화웨이, 노키아 등의 통신장비 사업부와 국내외 레이더 관련 방산 업체들임.
- 전자부품 및 통신부품 제조업체인 알에프머트리얼즈, 절삭가공 및 유사처리 업체인 알에프시스템즈와 미국의 통신장비 제조 및 유통업체인 RFHIC US를 종속기업으로 보유.
3S
동사는 1991년 1월 28일에 설립되었으며, 2002년 4월 23일 코스닥시장에 주식을 상장함.
동사는 반도체 웨이퍼캐리어 사업과 환경장치 사업을 주요 사업으로 영위하고 있으며, 동사의 종속회사인 상해삼에스공조기술유한공사는 환경시험장치 사업을 수행하고 있음.
동사가 영위하고 있는 반도체 웨이퍼캐리어 사업은 반도체 주재료인 실리콘 웨이퍼를 운송할때 사용되는 웨이퍼 이송박스를 생산하는 사업이며 모든 전자 기기의 핵심 부품임.
- 반도체 웨이퍼캐리어 박스 및 공업용 열량계, 환경시험장치 등의 생산 및 판매를 주력사업으로 영위하고 있음.
- 경기도 안성시 서운면과 미양면에 공장을 두고 있으며, 중국 소재의 환경장치 사업을 영위하는 상해삼에스공조기술유한공사를 종속기업으로 보유하고 있음.
- 웨이퍼캐리어 부문의 주력 생산품목은 300mm FOSB이며 국내외 웨이퍼 업체들과 반도체 업체들에 납품하고 있음. FOSB의 국내 시장점유율은 약 10% 정도로 알려짐.
넥스틴
동사는 전공정(Front-end Process)반도체 소자의 회로 제작 공정에서 발생하는 미소 패턴 결함을 검출하는 웨이퍼 미소 패턴 결함 검사 장비를 제조 및 판매하는 전문기술기업임.
동사가 제조하는 검사장비는 미소 패턴 결함(Pattern Defect)과 이물(Particle)을 광학 이미지 비교방식으로 검출하는 장비로서 반도체 소자 제조 기업의 단위 공정 기술 개발에 기여하는 장비가 있음.
- 2010년에 설립되어 미국 반도체 검사장비 업체인 KLA가 독점하고 있는 반도체 전공정 웨이퍼 패턴 결함 검사장비를 국산화하였음.
- 주요 고객사로는 삼성전자, SK하이닉스, YMTC(중국), JHICC(중국) 등이며, 북미 주요 반도체업체와의 협업을 통해 장비개발을 진행 중에 있음.
- 연구개발(R&D Center) 운영하면서 빅데이터 분석, 알고리즘을 개발하는 이스라엘 법인(Nextin Solutions LTD)을 종속기업으로 보유하고 있음.
오로스테크놀로지
동사는 반도체 Wafer의 MI(Overlay Metrology, Inspection) 장비 제조를 주력 사업으로 영위.
2011년 국내 최초로 Overlay 계측 장비 국산화에 성공하였으며, 이후 High Performance AF System 등 다수의 핵심 기술들을 꾸준히 개발.
반도체 제조공정에서 증착되는 박막의 두께를 Angstrom(원자크기의 수십분의 일) 단위의 정밀도까지 측정할수 있는 초정밀 계측장치를 신규 개발중.
- 반도체 제조 전공정 중 노광공정 장비인 반도체 Wafer의 MI(Metrology, Inspection) 장비 제조를 주력사업으로 영위하고 있음.
- 반도체 전공정 오정렬 측정장비(Overlay System)를 국산화에 성공한 국내 유일 업체이며, 국내외 40여 개 특허 등 원천기술을 확보함.
- 현재 Overlay 및 CD 계측장비 외 3대 반도체 계측장비 부문인 Thin Film Metrology 장비 개발을 통해 MI 장비 분야에서 전문성 제고를 꾀하고 있음.
참고 : 삼성반도체이야기, 나이스컴퍼니서치, 네이버
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