반도체 시장 탐구: 반도체 소부장 현황 update

1. 반도체 부품의 분류

 

반도체 공정에는 다양한 부품이 필요하다. 장비와 소재만 있는 것이 아니고 공정의 진행을 보조하는 역할을 하는 부품들이 필요하다. 부품은 크게 전공정용 부품과 테스트 부품으로 나눌 수 있다.

 

전공정용 부품은 웨이퍼를 잡아주는 역할을 하는 Focus Ring, 가스 및 케미칼의 분사를 도와주는 Electrode, Electrode를 지지하는 Guide Ring 등이 있다. 그 외 에도 CMP Pad, 히터블록, 정전척 등의 다양한 부품들이 존재한다. 각각의 부품은 투입되는 공정에 맞게 각기 다른 물성을 가지고 있다. 대표적으로 Focus Ring 이 석영, 실리콘, 실리콘카바이드 등 다양한 소재로 구성된다. 식각 환경이 가혹 해짐에 따라 적합한 소재 및 부품의 수요는 꾸준히 증가 중이다.

 

부품 시장은 제품 공급 경로에 따라 비포마켓(Before market)과 애프터마켓(After market)으로 나뉜다.

 

비포마켓 제품은 칩 생산업체로 공급되는 장비업체를 통해서 판매되는 제품을 말한다. OEM 제품이라고도 부르며 장비업체들이 장비를 보증(1-2년)하는 기간 동안은 대부분의 교체수요는 비포마켓 업체들이 대응한다. 티씨케이, 하나머티리얼즈, 원익QnC 같은 업체들이 대표적인 비포마켓 업체다.

 

애프터 마켓은 칩 업체로 직납하는 제품을 말한다. 주된 특징은 낮은 가격이다. 반도체 생산 업체들의 입장에서는 생산 비용을 낮추고 수율을 높이는 것이 중요 한 과제이기 때문에 저렴한 애프터마켓 제품에 대한 수요도 꾸준하다. 대표적인 업체로는 월덱스, 케이엔제이 등이 있다.

 

부품의 가격이 비싼만큼 생산업체들은 부품의 재활용도 진행한다. 사용되던 부품을 꺼내서 외주업체들에게 세정 및 코팅 작업을 맡긴다. 세정은 공정 챔버 내의 부품들에 붙은 파티클을 케미칼로 제거해주는 작업이다. 코팅은 식각공정 등에서 손상이 생긴 부품들을 코팅을 재진행해서 신제품과 같이 만들어주는 작업이다. 보통 외주업체들은 세정보다는 코팅 작업이 고마진이고 이익률을 높여주는 요소다. 관련 업체로는 코미코, 원익QnC, 아이원스 등의 업체가 있다.

 

테스트에도 다양한 부품이 필요하다. 테스트 부품은 대부분 웨이퍼의 불량여부를 판별하는 데 쓰인다. 테스트 부품은 대부분 장비와 제품(웨이퍼)를 연결하는 기능을 수행한다. EDS 테스트(기능, 번인)에 쓰이는 부품으로는 프로브카드, 프로브 카드의 구성품인 세라믹 STF 등이 있다.

 

제품 테스트가 완료되고 패키징을 진행 한 후에 개별 제품의 양품 여부를 확인하는 진행되는 Final Test에는 소켓과 보드 들이 쓰인다. 소켓은 핀 타입 소켓과 러버소켓으로 구분된다. 핀 타입은 주로 비 메모리 제품, 연구개발용으로 많이 쓰이며 리노공업이 주력한다. 러버타입 소켓 업체로는 티에스이, ISC, 마이크로컨택솔 등이 있다. 보드로는 인터페이스보드(메 모리), 로드보드(비메모리) 등이 있으며 티에스이, ISC 등의 업체가 공급 중이다.

 

 

2. 전공정 부품

 

2.1. Quartz

 

쿼츠는 석영 유리로서 반도체, LED, 태양광 등 다양한 산업 분야에 적용되는 석영 제품이다. 국내 생산 업체의 경우 주로 국내외 반도체 제조사 및 장비로 납품 중이다. 반도체內 CVD, Diffusion, Oxidation 공정 및 Plasma Etching 공정에 사용된다. 공정 진행 및 전송을 위한 소모품으로서 특수 과학 장비로도 이용된다. 쿼츠 제품은 고객사 맞춤 제품 생산 방식이 필요하다. 또한 소모성 제품으로서 반도체 공정內 지속적인 교체 수요(2~3개월)가 발생된다.

 

 

산업으로 살펴보면 반도체 생산량에 비례하여 수요가 좌우될 수 밖에 없다. 반도 체 공정內 직접도나 수율에 미치는 영향이 높기 때문에 원재료 구매 업체를 쉽게 바꾸기도 어렵다. 이는 1) 설비 투자 확대, 2) 공정 변화 등 소재 업체의 연구 개발도 동시에 필요한 만큼 진입 장벽이 높을 수 밖에 없다.

 

2.2. Silicon 부품

 

식각 공정에 사용되는 실리콘 소모성 부품은 Electrode, Ring 등이 있다. Electrode는 식각공정에서 Gas를 통과시켜 Wafer 표면에 Plasma가 균일하게 분사돼 미세선을 식각하는 하도록 하는 부품이다. Ring은 챔버 내에서 상부와 하부에 장착된다.

 

상부에 장착되는 Guide 링은 Electrode와 Wafer를 평행하게 고정 시켜주는 역할을 수행한다. 하부에 장착되는 Focus 링은 플라즈마가 정확한 위치에 모여지도록 하는 역할을 수행한다. 식각공정에 사용되다 보니 Plasma에 의해 마모되어 일정한 주기로 교체가 필요하다. 최근 미세화 및 고단화로 고출력 플라즈마를 활용하는 등 공정 강도가 상승하며 점점 교체 주기도 짧아지고 있다.

 

2.3. SiC링

 

SiC링(실리콘 카바이드)은 Wafer 가장자리에 위치하여 생산 수율을 높여주는 역할을 하는 Focus 링으로 주로 사용된다. SiC링은 다른 부품들과 다르게 Plasma 에 대한 내화학성과 내마모성이 좋고 Si, Al 등과의 확산이 없는 것이 특징이다. 반응소결의 공정을 통한 생산에서 나오는 파티클 문제 해결을 위해 CVD 공정으 로 제조하고있으며 시장의 80% 이상을 티씨케이가 독점하고있다.

 

 

2.4. 블랭크마스크

 

블랭크마스크는 반도체 및 디스플레이 노광 공정에 사용되는 포토마스크의 원재료다. 석영기판(쿼츠) 위에 금속박막과 레지스트막을 얹은 형태로 노광, 에칭, 레지스트막 제거 과정을 거치면 회로 패턴을 지닌 포토마스크가 형성된다. 쿼츠는 주로 일본 신에츠, 아사히글라스 등이 공급 중이다. 블랭크마스크 시장은 일본 호야, 울코트 등이 주도하고 있으며 에스앤에스텍, SKC가 국산화에 앞장서고 있 다. 국내 업체의 기술 진보에 따라 향후 시장 점유율 확대가 기대된다.

 

 

 

2.5. 펠리클

 

펠리클은 노광 공정 내 마스크를 보호하는 필름 커버 역할을 하는 소모성 부품 이다. 최대 수억원에 달하는 마스크를 파티클로부터 보호해 사용 주기를 늘려주는 역할을 한다. 폴리머, 실리콘, 실리콘카바이드 계열 물질이 주로 사용된다. 조사되는 빛을 잘 통과시키는 높은 투과율과 내열성이 고객사의 핵심 요구사항이다. EUV 공정 전환에 따른 전용 펠리클 도입 확대 필요성이 제기되고 있다.

 

 

 

3. 세정

 

세정/코팅은 주로 외주업체를 통해 진행된다. 공정 부품을 생산 업체들이 장비에서 제거한 후 업체에 전달해주면 업체들은 세정/코팅을 진행해서 반도체 업체로 돌려준다. 기존에는 진입장벽이 상대적으로 낮았지만 반도체가 미세화되고 공정 파티클에 대한 민감도가 높아지면서 고객사와의 협력이 중요해졌고 장치산업적 성격이 있어서 진입장벽으로 작용하고 있다.

 

3.1. 세정

 

반도체 공정 중 발생된 장비 내의 부품의 파티클, 이온 불순물 등의 오염물을 제거하는 공정이다. 세정 서비스를 제공하는 업체들은 손상된 부품의 표면을 각 공정 조건에 맞도록 유지/관리해주고 공정오염물을 제거한다. 세정을 통해서 반도체 업체들은 1) 오염원 제거, 2) 부품 구매 비용 절감, 3) 제품 특성 복원 등의 효과를 누린다. 세정은 세정 방법에 따라 Wet, Dry로, 적용 제품에 따라 CuStrip, CleanPeel, SurFinish, SurfRestore 등으로 나뉜다.

 

 

3.2. 코팅

 

코팅은 부품 표면에 특수코팅 처리를 통해 공정조건 안정과 제품의 수명을 연장 시킬 수 있는 공정이다.

 

고객사 공정 종류에 최적화된 다양한 종류의 코팅기술을 제공해 파티클 발생과 표면 손상을 억제하고 챔버 조건을 안정화 시킨다. 주로 세정 공정과 세트로 제공하는 서비스이며 업체들의 마진의 대부분이 코팅에서 확보된다.

 

코팅을 통해 반도체 업체들은 1) 제품 Life Time 연장, 2) 생산성 극대 화, 3) 공정수율 향상 등의 효과를 누린다. 코팅기술 종류에 따라 Anodizing(양극 산화 코팅), ThermalSpray Coating(용사 코팅 – APS, Arc), Aerosol Deposition(에어로졸 증착), Physical Vapor Deposition(물리적 기상 증착) 등으로 나뉘고 세라믹, 메탈 등의 소재를 코팅한다.

 

 

4. 테스트 부품

 

테스트는 반도체의 전기적 특성 검사를 통해 불량 제품이 다음 공정으로 넘어가지 않도록 도와주는 공정이다. 제품 불량을 걸러내는 필터링 위주로 진행된다. 테스트 공정은 불량 제품을 차단하고 생산 수율 향상, 연구개발에 도움을 주는 등 역할 및 중요성이 확대되고 있다.

 

 

 

4.1. 프로브카드, 세라믹STF

 

테스트는 전공정 테스트, 패키지 테스트, 모듈 테스트로 분류된다.

 

전공정 테스트는 EDS 공정의 일부로 분류된다. EDS 공정은 ①프로브테스트/번인테스트, ② Hot/Cold 테스트, ③리페어, ④Inking 순서로 진행된다. 전공정 테스트는 불량칩이 패키징되는 걸 방지하고 하자가 있는 제품의 레이저 리페어를 통해 수율을 높이는 역할을 한다. ①프로브테스트/번인테스트다. 프로브테스트는 성능테스트 로 상온(25도) 수준에서 진행되며 테스트장비와 웨이퍼를 프로브카드(부품)가 연결해주는 형태다. 프로브카드는 PCB, STF, 프로브팁 등으로 구성된다. 번인테스트는 100-200도 가량에서 제품의 신뢰도를 테스트하는 공정이다.

 

 

 

 

4.2. 테스트보드, 소켓

 

제품의 패키징이 완료된 후에 진행하는 테스트인 파이널 테스트가 있다. 고객들에게 고품질의 제품을 납품하기 위해 패키지 완료 후 완품의 성능을 테스트하는 공정이다. 파이널 테스트도 번인테스트와 성능 테스트로 나뉜다. 테스트에 쓰이는 부품은 크게 테스트보드와 소켓으로 나뉜다.

 

테스트보드 위에 여러 개의 소켓이 패키지된 반도체와 닿아서 테스트를 진행을 보조한다. 인터페이스 보드는 메모리 반도체 테스트에 쓰이는 보드이고 로드 보드는 비메모리 테스트에 쓰이는 제품이다.

 

 

소켓은 종류에 따라 크게 핀 타입 소켓, 러버소켓으로 나뉜다.

 

핀 타입 소켓은 테스트 부품으로 50년 이상 사용된 제품이다. 소켓에 다양한 핀들이 올라가 신호를 전달하는 형태로 다품종 소량생산에 유리하고 연구개발에 주로 쓰인다.

 

러버 타입 소켓은 실리콘러버 안쪽에 볼들이 전기적 신호를 연결하고 접촉 제품에 손 상이 안 생기고 고주파 테스트, 소품종 대량생산에 유리하다.

 

 

 

 

출처: 신한금투, Quantiwise, ISC, 리노공업, 샘씨엔에스, 마이크로프랜드, SK하이닉스, 티에스이, 코미코, IMEC, 디일렉, AGC, DNP

 

뜨리스땅

 

 

https://tristanchoi.tistory.com/376

반도체 기술 탐구: 반도체 주요 공정과 소재(소부장 update)

 

 

 

https://tristanchoi.tistory.com/253

반도체 기업탐구: 소부장 밸류체인의 국산화 필요성