반도체 제조 핵심 8대 공정

반도체 제조 과정은 크게 8개의 핵심 단계로 나뉘며, 이를 ‘반도체 8대 공정’이라고 부릅니다. 각 공정의 개념과 그 공정에 장비·소재를 공급하여 수혜를 입는 대표적인 국내 관련주(수혜주)를 정리해 드립니다.

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[전공정] - 웨이퍼 위에 회로를 그려 넣는 공정

1. 웨이퍼 제조 공정

반도체 칩의 바탕이 되는 동그란 원판(웨이퍼)을 만드는 공정입니다. 모래에서 추출한 실리콘을 녹여 고순도의 실리콘 기둥(잉곳)을 만들고, 이를 얇게 슬라이스한 후 표면을 거울처럼 매끄럽게 연마합니다.

• 대표 수혜주: SK실트론(비상장, SK의 자회사), 하나머티리얼즈(웨이퍼 주변 소모품), 월덱스

2. 산화 공정 (Oxidation)

웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 고온(800~1,200°C)에서 분사하여 균일한 산화막을 형성하는 공정입니다. 이 산화막은 회로와 회로 사이의 누설 전류를 차단하는 절연체 역할을 하며, 후속 공정에서 웨이퍼 표면을 보호합니다.

• 대표 수혜주: 원익IPS(산화/증착 장비), 테스, AP시스템

3. 노광(포토) 공정 (Photolithography)

웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 공정으로, '반도체의 꽃'이라 불립니다. 웨이퍼에 빛에 반응하는 감광액(PR)을 바른 후, 회로 패턴이 그려진 마스크를 대고 빛(UV 또는 EUV)을 쬐어주어 사진을 찍듯 회로를 인화합니다.

• 대표 수혜주: 동진쎄미켐(감광액 소재), SNS텍(블랭크 마스크), 에프에스티(펠리클), 파크시스템스(원자현미경 계측)

4. 식각 공정 (Etching)

포토공정에서 형성된 감광액 패턴을 가이드 삼아, 필요 없는 부분의 산화막이나 박막을 깎아내어 실제 회로를 완성하는 공정입니다. 액체 부식액을 쓰는 습식(Wet) 식각과 플라즈마 가스를 쓰는 건식(Dry) 식각이 있습니다.

• 대표 수혜주: 주성엔지니어링, 티씨케이(식각용 SiC 링), 솔브레인(식각액 소모품), 리노공업

5. 증착 및 이온주입 공정 (Deposition & Ion Implantation)

• 증착: 회로간의 간섭을 막기 위해 분자나 원자 단위의 아주 얇은 절연막·전도성 박막을 웨이퍼 위에 쌓는 과정(CVD, ALD 등)입니다.
• 이온주입: 전기가 통하지 않는 순수 실리콘 웨이퍼에 붕소(B), 인(P) 등의 불순물을 미세하게 주입하여 전도성을 가진 반도체 물질로 만드는 과정입니다.
• 대표 수혜주: 원익IPS, 유진테크(LP-CVD 등), 주성엔지니어링(ALD 장비), 한솔케미칼(증착 프리커서 소재)

[후공정] - 완성된 칩을 잘라 포장하고 검사하는 공정

6. 금속 배선 공정 (Metallization)

반도체 표면에 만들어진 회로 패턴을 따라 전기가 잘 흐를 수 있도록 알루미늄(Al)이나 구리(Cu), 텅스텐(W) 등의 금속선으로 길을 만들어주는 공정입니다.

• 대표 수혜주: 원익IPS, 유니셈(유해가스 정화 스크러버), GST(칠러 및 스크러버 등 공정 제어 장비)

7. EDS 공정 (Electrical Die Sorting)

웨이퍼 상태에서 완성된 칩들이 전기적으로 제대로 작동하는지 품질을 테스트하는 공정입니다. 이 단계에서 불량 칩을 선별하고 마킹하여 수율을 계산합니다.

• 대표 수혜주: 테크윙(핸들러), 리노공업(테스트 소켓/프로브 핀), 티에스이(프로브 카드), DI(디아이)

8. 패키징 공정 (Packaging)

반도체 제조의 최종 단계로, 웨이퍼 위의 칩을 낱개로 자른 뒤 외부 충격과 습기로부터 보호하기 위해 밀봉하고, 기기(메인보드)와 전기 신호를 주고받을 수 있도록 전극을 연결하는 공정입니다. 최근 HBM(고대역폭 메모리) 열풍과 함께 후공정(OSAT) 및 고급 패키징(Advanced Packaging) 기술의 중요성이 매우 커졌습니다.

• 대표 수혜주: 한미반도체(HBM용 듀얼 TC 본더 필수 장비), 이오테크닉스(레이저 그루빙/마킹), 하나마이크론(반도체 패키징 OSAT 기업), HPSP(고압 수소 열처리)

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💡 한눈에 보는 요약 - 초소형 아파트 단지 짓는 과정

공정	아파트 건축 비유	핵심 역할
1. 웨이퍼	🏗️ 대지 조성	반도체의 바탕이 되는 깨끗한 땅 만들기
2. 산화	☔ 방수/기초 공사	전기가 새지 않도록 단단한 보호막 치기
3. 포토	📐 설계도 그리기	빛을 이용해 땅 위에 미세한 회로 밑그림 찍기
4. 식각	⛏️ 길 파내기	밑그림 외에 필요 없는 부분을 깎아 회로 완성하기
5. 증착/이온	🎨 벽지/전기 인입	얇은 막을 쌓고 불순물을 넣어 전기가 통하게 하기
6. 금속 배선	🔌 전선 연결	금속선으로 회로들을 이어 전력망 구축하기
7. EDS	📋 준공 검사	완성된 칩이 불량인지 정상인지 전기로 테스트하기
8. 패키징	📦 포장 및 이사	칩을 낱개로 잘라 튼튼하게 옷을 입혀 상품화하기

💡 참고

반도체 제조에서 가장 돈 가치가 높고 진입 장벽이 높은 공정은 포토(노광) 공정이며 그 정점에는 ASML이 있습니다. 그러나 공정이 미세화되고 AI 반도체 시장이 커짐에 따라 KLA(검사), HPSP(열처리), 한미반도체(HBM 패키징)처럼 ‘이 회사 장비 없으면 최첨단 칩 생산이 불가능한’ 독점 기술 기업들이 각 단계마다 포진해 있습니다.

💡 특수 공정 및 후공정(패키징)의 독점적 기업들 : 독점 기술 = 가격 협상력 = 절대 우위

글로벌 대기업 외에도 특정 기술 하나로 시장을 독점하여 영업이익률이 40~50%에 달하는 강소기업들이 있습니다.

• HPSP (한국): '고압 수소 열처리 장비' 세계 최초 개발 및 독점
  • 반도체 트랜지스터 계면의 결함을 수소 가스로 치유해 주는 장비입니다. 2~3나노급 미세 공정에서는 칩의 소형화로 전류 누설이 심해지는데, 고압을 견디며 안전하게 수소 열처리를 할 수 있는 장비는 HPSP가 유일(독점)합니다.
• 디스코 (DISCO / 일본): 웨이퍼 절삭(Dicing) 및 연마(Grinding) 장비 시장 점유율 70~80%
  • 웨이퍼에 회로를 다 그린 후 칩을 낱개로 아주 얇고 미세하게 자르는 장비입니다. 특히 HBM(고대역폭 메모리)을 만들기 위해 칩을 극한으로 얇게 깎아내는 장비는 디스코가 사실상 시장을 독점하고 있습니다.
• 한미반도체 (한국): HBM 필수 장비 '듀얼 TC 본더' 압도적 1위
  • HBM은 D램을 아파트처럼 수직으로 쌓아 올려 만듭니다. 이때 D램 칩을 열과 압력으로 정밀하게 붙여주는 장비가 'TC 본더'인데, 현재 글로벌 AI 반도체 공급망(SK하이닉스-엔비디아)에서 가장 핵심적인 장비 공급사로 독점적 지위를 누리고 있습니다.
• 리노공업은 반도체 공정 중 ‘테스트(검사)’ 단계에 속하며, 글로벌 빅테크들의 최첨단 신형 칩 개발 시 대체 불가능한 맞춤형 소켓을 독점 공급(리노핀)하는 강력한 기술 장벽을 가진 기업입니다. 미세공정이 고도화되고 AI 반도체 종류가 다양해질수록 리노공업의 몸값은 더욱 높아지는 구조를 갖고 있습니다.