반도체 제조공정 배우기(식각공정/식각공정 장비 및 부품 회사 정리)

식각이란?

식각(Etching)이란 부식 하여 조각한다는 뜻으로 필요한 패턴만 남기고 다 깎아내는 것입니다.

포토 공정을 거친 웨이퍼에 식각 물질을 반응시켜서 감광액에 보호받지 않는 부분을 깎아내는 것으로 건식은 플라스마를 습식은 액체를 이용하게 됩니다.

식각공정을 통해서 웨이퍼를 건드리지 않고 산화막 양쪽 날개를 없애는 것이고 추후 감광액까지 없애고 회로만 남겨야 합니다. 

식각 공정 밸류체인 

분야	관련 업체명
식각액	솔브레인, 이엔에프테크놀로지
쿼츠	원익QNC, 비씨엔씨(합성)
파츠(Before, 비포마켓)	하나머티리얼즈(Sic), 티씨케이(Sic)
파츠(After, 애프터 마켓)	월덱스(Si), 케이엔제이(Sic)
전구체	디엔에프, 한솔케미칼
PR Strip	피에스케이
스크러버	유니셈, GST
특수가스	원익머트리얼즈
건식 장비	램리서치, 에이피티씨
습식 장비	DMS

1. 식각액

식각액은 부식액으로 식각액을 뿌려서 불필요한 부분을 깎아낼 때 쓰이는 것입니다.

이를 하는 회사로는 식각(에칭) 소재로 유명한 솔브레인과 이엔에프테크놀로지가 있습니다. 

낸드플래시가 단수가 올라가는 고단화가 진행될수록 매출이 늘어나는 구조를 가지고 있습니다.

2. 쿼츠, 파츠

식각장비에 들어가는 부품들 중 대표적인 것이 쿼츠와 파츠입니다.

비포마켓은 보통 신재품용, 애프터마켓은 교체용이라고 보면 되는데 비포마켓이 고가이고 마진율도 더 높습니다.

비포마켓은 쿼츠, 파츠 등 부품을 만드는 회사가 장비사에 부품을 납품하면 장비사에서 장비를 만들 때 비포마켓에서 구입한 부품을 끼워서 SK하이닉스나 삼성전자 등 반도체 회사로 완성 장비를 납품하는 방식이고 애프터 마켓은 소모성 부품만 부품회사가 반도체 회사에 직접 납품을 하는 방식입니다. 

비포마켓은 보통 신재품용, 애프터마켓은 교체용이라고 보면 되는데 비포마켓이 고가이고 마진율도 더 높습니다.

 

쿼츠는 웨이퍼 등에 불순물이 끼지 않게 보호해 주는 공정소모품입니다.

쿼츠 회사 중 원익 QNC는 반도체 부품 사업과 세정 사업을 영위하고 있으며 2020년 1월 미국의 Momentive로부터 쿼츠사업 부문을 인수하며 쿼츠 사업에 뛰어듭니다.  천연재료인 석영(SIO2) 유리로 쿼츠를 만들고 있으며 비포마켓으로 주요 고객사로는 램리서치와 도쿄일렉트론등이 있습니다. 

 

비씨엔씨는 2022년 3월 코스닥에 상장하였고 내마모성과 빛 투과율이 뛰어나고 가공이 없는 합성쿼츠를 개발합니다.

 합성쿼츠뿐 아니라 천연쿼츠와 Si도 함께 하고 있으며 비포뿐 아니라 애프터마켓에도 제품을 납품하고 있습니다.

주요 고객사로는 SK하이닉스, 유진테크, 세메스, 삼성전자, 인텔이 있습니다.  

 

파츠는 식각장비 내에서 플라스마를 웨어퍼 안으로 안정적으로 모아주고 플라스마 밀도를 균일하고 정확하게 유지시켜 주는 역할하는 것으로 실리콘을 기반으로 하는 것입니다.

 

하나머티리얼즈는 일본 됴쿄 일렉트론이 지분 13.8%를 보유하고 있고 Si 소재인 잉곳(Ingot)을 자체 생산하고 있습니다. Si와 Sic 모두를 다루고 있고 비포마켓으로 주요 고객사로는 도쿄일렉트론, 어플라이드 머티리얼즈, 세메스 등이 있습니다. 

 

티씨케이는 일본의 도카이카본(지분율 44%)과 한국의 케이씨(지분율 14%)의 합작으로 설립되었으며, sic 링을 국내 최초로 개발했습니다. 비포마켓 업체로 주요 고객사로는 반도체 장비사인 어플라이드 머티리얼즈와 램리서치가 있습니다. 

 

월덱스는 미국, 대만, 싱가포르, 일본에 해외 현지법인을 두고 있으며 자회사 WCQ를 통해 Si-ingot 기술을 보유하고 있습니다. 주요 사업분야는 Si, 쿼츠, Sic이며 애프터 마켓업체로 주요 고객사로는 SK하이닉스, 삼성전자, 인텔, 마이크론이 있습니다. 

케이엔제이는 디스플레이 패널 관련 에지 그라인더와 CVD-Sic 사업을 영위하고 있으며 애프터 마켓으로 주요 고객사로는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론이 있습니다. 

 

반도체 주식에 관심 있는 분들이라면 쿼츠와 파츠는 꼭 공부하고 잘 알아두어야 하는 분야입니다.

3. 전구체

식각을 하기 위한 소재중 결합체라고도 불리는 전구체를 만드는 회사로는 디엔에프와 한솔케미컬이 알려져 있습니다.

디엔에프는 전구체뿐 아니라 반도체 미세화 공정 때문에 전류가 누설되게 되는데 막을 입혀 전자가 도망가지 못하게 하는 증착소재 중 High-K라는 유전물질을 다루는 반도체 소재 관련 업무도 하고 있습니다. 

4. PR Strip

PR Strip 은 식각공정에서 발라진 감광액을 없애주는 장비로 피에스케이가 이 분야 세계 1등 회사입니다.

5. 스크러버

스크러버는 반도체 공정 내의 유해한 가스등 오염물질을 제거해 주는 것으로 친환경 장비 중 하나이고 앞으로 많이 쓰일 수밖에 없으며 이 분야 대표 업체로는 유니셈, GST 가 있습니다.

6. 특수가스

식각에 들어가는 특수가스를 공급해 주는 회사로는 원익머트리얼즈가 있는데 이 회사는 식각뿐 아니라 다양한 가스들을 공급해 주는 회사입니다. 이번 러-우 사태로  반도체 특수가스의 가격이 올라 이에 수혜를 입어 22년 실적이 매우 좋았습니다.

7. 건식장비

플라스마를 이용해서 식각을 공정을 할 수 있는 건식 장비를 만드는 회사로는 전 세계 1등 램리서치가 있고

우리나라 업체로는 에이피티씨가 있습니다.

8. 습식장비

액체를 이용해서 식각공정을 할 수 있는 습식 장비를 만드는 회사로는 DMS 가 있습니다. 

식각 부품 배우기 

반도체가 점차 미세화되고 고단화 될수록 공정 환경이 굉장히 가혹해지게 되는데 장비는 멈추지 않고 돌아가야 되기 때문에 소모성 부품이 금방 닳게 됩니다.  

장비 1대당 소모성 부품 교체주기가 30일에서 15일로 줄어들게 되고 부품 연간 필요량이 12개에서 30개로 늘게 됩니다. 따라사 반도체가 미세화 될수록 부품 업체 입장에서는 좋을 수밖에 없습니다.

식각 부품에는 다음의 큰 4가지로 나뉘며 이외에도 다양한 식각부품들이 있습니다. 

1. 쿼츠

내열성, 내화학성이 우수한 물질로 반도체 제조 공정 중 산화, 확산, 식각, 이온주입, 화학 증착 공정에서 웨이퍼를 불순물 및 충격으로부터 보호하는 용기에 사용하며 천연 소재인 석영유리 만들어졌습니다.

장비를 가동하면 쿼츠가 닳아서 주기적으로 바꿔주어야 하는 소모성 부품입니다. 

2. 합성쿼츠

천연쿼츠의 단점을 보안하기 위해서 만들어진 것으로 천연쿼츠에 비해 투과성이 좋고 수명이 깁니다. 

3. 파츠

식각장비 내에서 플라스마를 웨어퍼 안으로 안정적으로 모아주고 플라스마 밀도를 균일하고 정확하게 유지시켜 주는 역할을 하고 있으며 장비를 돌리는 과정에서 닳기 때문에 교체해주어야 하는 소모성 부품입니다.

파츠는 Si 파츠와 Sic 파츠로 나뉩니다.

비포마켓 업체로는 티씨케이와 하나머티리얼즈가 있고 장비사에 직접 납품하고 있으며 상대적으로 고마진입니다.

애프터마켓 업체로는 월덱스와 케이엔제이가 있으며 반도체 제조사에 납품을 하고 있고 상대적으로 저마진입니다. 

 

Si 파츠(Si 링)

파츠 중 현재는 가장 많이 사용하고 있는 것인데 식각 장비의 상, 하단에 사용하는 것으로 D램 위주로 사용하고 있습니다. 약 100만 원 정도로 Sic파츠보다는 쌉니다. 고순도, 고온 안정성을 가지고 있고 강도가 약합니다. 

 

Sic 파츠(Sic 링)

낸드 위주로 사용하고 있으며 반도체가 점점 세밀화, 고 단화 되고 있는 추세라 수요도 점점 늘고 있습니다.  

가격이 약 250만 원 정도로 Si파츠보다 비싸고 내마모성과 충격에 강하고 제조가 어렵습니다. 

4. 실리콘 일렉트로드(Electrode) 

식각 챔버 내에 설치해서 미세구멍 사이로 가스를 통과시켜 웨이퍼 표면에 플라스마가 균일하게 형성되도록 하는 역할을 합니다. 

식각 부품 시장 

국내, 해외 쿼츠 부품 시장 규모는 매년 빠른 속도로 늘고 있습니다.

점차 AI, 메타버스, 데이터센터, 자율주행등 반도체 수요처가 증가하는 데 이런 분야에 쓰이는 반도체는 점차 공정 미세화와 고단화가 필수가 되어 공정환경이 가혹해지기 때문에 공정 소모품인 쿼츠, 파츠등 전체적인 식각부품의 수요가 늘 수밖에 없습니다.  

 

반도체용 부품 시장의 규모는 2020년 기준 총 5.7조 원에서 소재별로는 쿼츠가 4.0조 원, Si 가 1조 원, Al203 5000억 원, Sic가 2000억 원 규모입니다.

Sic는 향후 반도체 낸드가 세밀화, 고 단화 될수록 시장의 규모가 커지게 되고 높은 기술력이 필요로 해서 진입장벽이 높아 해당 업체들이 몇 개 없어서 주목받고 있습니다.

정리

1. 반도체 식각공정은 필요한 패턴만 남기고 부식하여 깎아내는 것입니다.

2. 반도체가 세밀화, 고단화 될수록 공정 환경이 척박해져서 식각 공정에 필요한 장비나 부품 수요가 점차 늘어나는 구조이며 이중 반도체에 관심 있는 투자자들은 식각부품 중 쿼츠나 파츠는 꼭 공부해두어야 하는 분야입니다. 

3. 현재는 식각 부품의 비중이 쿼츠가 월등히 많고 그 뒤로 Si 파츠가 뒤따르고 있으나 공정환경이 가혹해지게 되면서 좀 더 단단하고 견고한 Sic 파츠의 수요가 폭발적으로 늘고 있어서 향후 Si 파츠 시장을 넘어설 수도 있는 상황입니다.

4. Sic 파츠(Sic 링)는 높은 진입장벽으로 해당업을 하는 회사가 많지 않고 수요도 점차 증가하고 있어 이 분야에서 활동하고 있는 회사들에 대한 관심을 높일 필요가 있어 보입니다. 

5. 메모리 반도체 시장의 불황으로 반도체 제조사들이 비싼 비포마켓보다는 좀 더 싼 애프터마켓을 이용해서 소모성부품을 구입하게 될 가능성이 높아져서 불황기에는 애프터마켓 회사들을 주의 깊게 살펴볼 필요가 있겠습니다.