반도체 공정별 밸류체인 : 웨이퍼 제조

다양한 기능을 처리하고 저장하기 위한 집적회로를 그려 넣기 위한 기반이 되는 웨이퍼는 반도체 8대 공정 중 첫번째 공정이다. 웨이퍼 제조 공정 과정과 반도체 공정별 밸류체인(웨이퍼 제조)을 통해 관련 기업이 어떤 곳이 있는지 알아보겠다.

웨이퍼는 실리콘(si), 갈륨 아세나이드(GaAs)등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판을 의미한다.

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반도체 웨이퍼 제조 공정

모래에서 추출된 실리콘을 고온의 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고, 이를 천천히 돌려가며 꺼내면 실리콘 기둥이 되는데 이를 잉곳(Ingot)이라고 한다.

반도체용 잉곳은 수 나노미터의 미세한 공정을 다루기 때문에, 초고순도의 잉곳을 사용한다.

실리콘 기둥 잉곳을 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업을 한다.

웨이퍼는 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 제조는 두께는 얇고, 크기는 커지는 추세이다.

하지만 두께가 얇아지면, 휘어지는 등의 문제가 발생하여 두께는 어느 정도 업계에서 균일화 되었다.

웨이퍼는 크기에 따라 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 웨이퍼가 생산되는데, 정밀 반도체는 12인치 웨이퍼가 대세이며, 차량용 반도체 등의 쓰이는 웨이퍼는 8인치 웨이퍼를 사용하고 있다.

다이아몬드 톱을 사용하여 절단한 웨이퍼 표면은 미세한 공정을 수행하기 위해 표면을 매끄럽게 만들어야 하는데, 이 과정은 연마액과 연마 장비(Polishing machine)를 통해 웨이퍼 표면을 매끄럽게 갈아낸다.

연마과정이 끝나면 오염물질 제거와 검사하는 과정을 거친다.

웨이퍼 제조업체는 5개 업체들이 치킨게임을 통해 90% 이상 과점을 하고 있다.

신에츠(일본) 29.8%, 섬코(일본) 24.8%, sk실트론(한국) 18.1%, 실트로닉(독일) 14.1%, 글로벌웨이퍼스(대만) 11.6%

웨이퍼 연마장비/ 연마액 : 케이씨텍

8인치 웨이퍼 생산 : DB하이텍

단결정 성장 장치 : 한미반도체, 대진기계, 일진에너지

웨이퍼 절단 장비 : Komatsu NTC(일본), Meyer Burger(스위스)

반도체 제조 과정중 웨이퍼 제조는 타 공정에 비해 단순하여 관련 기업이 많지는 않다.

웨이퍼는 12인치로의 전환이 추세이고, SK실트론의 경우 12인치에 주력하고 있다.

반도체 웨이퍼 기업들은 반도체 출하량 증가에 대비하여 대규모 설비투자에 나서고 있으며, 웨이퍼 공급은 3~4년 안팎의 장기 계약이 관행이라 주요 수요에 대응하기 위해서는 안정적인 공급능력, 즉 생산능력을 마련하는 것이 중요하다.

sk실트론의 경우 차세대 전력반도체용으로 주목 받는 기초 소재인 sic웨이퍼를 미래 성장 동력으로 키우고 있다. 이에 대해서는 별도로 칼럼을 써보도록 하겠다.

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