한국항공대학교 우리나라 반도체 장비산업 현황 및 기술동향 Apr. , 2008

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1 한국항공대학교 우리나라 반도체 장비산업 현황 및 기술동향 Apr. , 2008
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2 목 차 I. 반도체 장비 산업의 특성 II. 반도체 장비 시장 현황 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황
IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술동향 V. 맺음말

3 I. 반도체 장비 산업의 특성 1. 반도체 장비산업의 개요
반도체 장비 산업이란 반도체 웨이퍼를 가공하여 반도체 소자를 생산하는데 필요한 공정용 장비와 관련된 산업이다. 반도체 장비 산업은 반도체 회로설계, 실리콘 웨이퍼 제조 등 반도체 제조를 위한 준비단계부터 웨이퍼를 가공하여 칩을 만들고 조립 및 검사하는 단계까지의 모든 장비를 포괄한다. 반도체 장비 산업은 Life-cycle이 빠른 기술 집약적인 고부가가치 산업으로 전방 산업인 반도체 산업의 경기에 의해 영향을 크게 받는다 .

4 I. 반도체 장비 산업의 특성 1. 전 공 정 단결정 성장 과정 단결정 규소봉(Ingot) 규소봉(Ingot) 절단
Wafer 표면 연마(CMP) 산화 공정 감광액 도포(Photo Resist Coating) 회로 설계 & Mask 제작 현상(Development)공정 식각(Etching)공정 노광(Exposure)공정 이온주입(Ion Implantation)공정 화학기상증착(CVD:Chemical Vapor Deposition)공정 절연막 & 전도막 금속배선(Metallization)공정

5 I. 반도체 장비 산업의 특성 후 공 정

6 I. 반도체 장비 산업의 특성 2. 반도체 장비 구성 반도체 장비는 크게 전공정(칩 제조), 후공정(조립), 검사 및 기타 장비로 구분되며,각 공정별 투자 비중을 살펴보면, 실리콘 웨이퍼를 가공하여 한 웨이퍼 위에 많은 소자와 배선들을 만드는 전공정장비가 약 82%를 차지하고, 웨이퍼를 자르고 조립하여 개개의 칩을 만들고 이러한 칩들의 성능하는 후공정부문이 나머지 약 18%를 차지한다. (뒷면참조) 구분 공정 장  비 전공정 Photo  Track(Coater & Developer), Stepper, Aligner Etch  Etcher, Asher 세정 및 건조  Wet Station, Wafer Scrubber, Dryer 열처리  Furnace, Anealing M/C, RTP 불순물 주입  Ion Implanter 박막 형성  CVD(LPCVD, APCVD, PECVD, MOCVD)  PVD(Sputter, Evaporator), Epitaxial 성장, CMP 후공정 (조립) Dicing  Dicer Bonding  Die Bonder, Wire Bonder, TAB Bonder Packaging  Molding, Triming/Forming, Banking, Soldering, Marking 검사  Wafer Prober, Tester(Logic Tester, Memory Tester), Test Handler, Burn-In 기    타   설계, 웨이퍼 제조, 운송설비 등

7 I. 반도체 장비 산업의 특성 ※ 전공정 후공정 공정 및 시장점유율 / 관련업체 소개 공 정 시장비중 (추정)
공 정 시장비중 (추정) 해당업체 (시장점유율) 이온 주입 공정 2.8% Axcelis(37 %), Varian(31 %), Applied Materials (25 %) 등 화학적 증착 공정 11.2% Applied Materials(52%), Novellus (24%), Tokyo electron (10%) 등 물리적 증착 공정 3.8% Applied Materials(70%), Ulvac (10%), Novellus (7 %) 등 화학적 기계적 평탄화 공정 2.3% Applied Materials(60%), Ebarra(23%) Novellus (8%) 등 트랙 (track) 공정 장비 3.7% Tokyo electron (83%), Dainippon Screen (8%), ASML (4%) 등 노광 장비 12.0% ASML (54%), Nikon (27%), Canon (18%) 등. 노광 마스크 제조 장비 Dainppon printing (22%), DuPont Photomasks(20 %), 포토닉스 웨이퍼 세척 장비 3.6% Dainppon printing, SEZ, SCP, FSI, Mattson technology, Semitool 등 식각 공정 장비 Lam Research (28 %), Tokyo electron (27 %), Applied Materials (27%) 등 측정 장비 9.8% KLA Tencor (48 %), Hitachi (11 %), Applied Materials (11 %) 등 공장 자동화 5.2% Brooks Automation (30 %), Asyst technology (21 %) 등 시험 장비 8.2% Advantest , Teradyne, Agilent, MIRAE 조립 및 포장 장비 ASM international (12 %), KNS (12 %), Tokyo Seimetsu, (10 %), ESEC (8 %) 등

8 I. 반도체 장비 산업의 특성 3. 반도체 장비 산업의 특성 1) 산업적 특성
▷ 성능향상, 시험평가등 설계 및 개발비 비중이 원가의 높은 비중을 차지하는 지식기반 고부가가치 산업 ▷ 핵심 장비들은 5,000여개의 첨단부품들로 구성되어 있으며 정밀도가 높아 이들 부품들을 시스템 통합하는데 고도의 기술이 필요 ▷ 다양한 학문적 기초와 극한 기술이 필요한 기술 집약적 장치로써 타 산업으로 파급 효과 큼 ▷ 2005년 기준 국산화율은 18% 수준으로 반도체 장비자체의 무역수지 개선은 물론 반도체 소자의 가격 경쟁력 강화에 긴요한 산업 2) 시장적 특성 ▷ 반도체 소자업체의 주문에 의해 생산되는 산업이므로 고객이 제한적임 ▷ 전방 산업인 반도체산업의 경기, 특히 반도체 생산량 증가와 밀접한 관계가 있으며 반도체 장비산업의 경기는 반도체산업의 경기와 유사한 사이클을 보임    ▷ 계절적 경기 변동 보다는 반도체 반도체업체들의 설비투자 계획에 의해 직접적인 영향을 받음.

9 II. 반도체 장비 시장 현황 1. 세계 반도체 시장 동향(07.5월 기준) (단위 : 십억불)
                                                                                                        (단위 : 십억불) ※ WSTS 시장분석자료(07.5월)

10 <비메모리 제품 시장점유율 76.4%>
II. 반도체 장비 시장 현황 07년 세계 반도체 매출 및 벤더별 점유율 [Gartner] 2. 세계 반도체 제품별 매출 ※ 품목별 세계 반도체 매출액 비중 <메모리 제품 시장점유율 23.6%> <비메모리 제품 시장점유율 76.4%> 자료 : WSTS(2006년 기준) 1. 세계 반도체 시장의 3/4을 차지하는 비메모리 제품 : 2005년 이후 성장세가 약화 (2004년 23.9% → 2005년 7.9% → 2006년 5.7% → 2007년 1~8월 2.2%) 2. 우리나라의 주력상품인 메모리 반도체는 DRAM과 NAND 수요가 크게 늘어나고 있으나, 공급과잉 현상이 지속 되고 있으며, 가격이 대폭 하락한 DRAM의 수익성이 크게 악화된 반면 NAND는 비교적 호조.

11 II. 반도체 장비 시장 현황 3. 2007년 세계 반도체 매출 및 주요업체별 매출액
07년 세계 반도체 매출 및 벤더별 점유율 [Gartner] 년 세계 반도체 매출 및 주요업체별 매출액 1) 07년도 세계 반도체 시장이 전년에 비해 2.9% 소폭 성장한 것으로 분석. 2) 상위 10대 업체 가운데 Toshiba/하이닉스 반도체  전년 대비 20% 성장 3) TexasInstruments, infineon Technologies  마이너스 성장. 단위 : 백만불

12 II. 반도체 장비 시장 현황 4. 반도체 관련 산업의 향후 성장 변화 추이
- 반도체 시장 PC  모바일  디지털 가전  자동차  바이오로 진화예정. - 반도체는 시장선도형 제품수요을 발굴하기 위하여 계속적인 투자와 개발이 필요하기에 성장변화는 필수적 반도체산업의 세계 위상 전망 시기별 반도체산업의 중점 투자부문 2007 ~ 2010 2011 ~ 2020 메모리 DRAM 차세대제품 지속적 개발및 설비투자 플래시 차세대제품 개발 및 설비투자 뉴메모리 개발강화 NAND Flash, MCP화 40nm급 공정  32G PRAM 실용화, MCP능력강화 25nm급 공정  128G 비메모리 Fabless 업계 기술개발 대형화 Mobile, DTV 주도 CIS, LDI, CAP, DMB Fabless업체의 기술개발 지속확대 Automotive, Bio, Robot CIS, LDI, Biochip, Power IC

13 II. 반도체 장비 시장 현황 5. 전세계 반도체 설비 투자액 전망 향후 세계 반도체 설비 투자액 전망 [Gartner]
5. 전세계 반도체 설비 투자액 전망 - 08년도 전세계 반도체 설비 투자액 규모가 올해보다 감소할 것으로 전망, - DRAM 공급과잉으로 내년 전세계 반도체 설비투자액이 2007년 448억달러보다 9.9% 감소한 403억 달러예상. - 07년 DRAM 설비투자가 큰 폭 증가한 반면, NAND형 플래쉬 메모리 설비 투자는 둔화, - 내년에는 과잉설비투자 및 미국의 경기후퇴등이 반도체 설비투자 난관. NAND형 플래시 메모리에 대한 투자는 증가. 단위 : 백만불 총투자액 41, , , , , , ,509 ※ 출처 : Gartner : 07.11월

14 II. 반도체 장비 시장 현황 6. 제휴와 합작투자로 투자 극대화 전략 추진
향후 세계 반도체 설비 투자액 전망 [Gartner] 6. 제휴와 합작투자로 투자 극대화 전략 추진 공정의 미세화, 웨이퍼 대형화등으로 DRAM설비투자 소요액이 기하급수적으로 증가하면서 업체간 제휴가 활발 중복투자와 과당경쟁, 사업영역의 편중등으로 어려움에 직면한 대/중소기업간 인수합병이 증가하는 추세임 <메모리 반도체 기업간 제휴·협력 현황>

15 II. 반도체 장비 시장 현황 7. 반도체 장비 시장 향후 전망
1) 2007년 메모리반도체 시장규모는 전년대비 2.3% 증가한 598억달러로 추정. - D램 가격이 연간 85%가량 폭락하여 시장규모가 7.4% 감소한 324억달러 - 낸드플래시는 가격 급락속에서도 높은 수요에 힘입어 32% 성장한 152억 달러.  향후2010년까지 DRAM시장 12% , Nand Flash 84% 증가예상 2) 반도체 장비시장 : 07년도 404~9억달러로 전년대비 1.1% 소폭증가.  장비시장 2010년까지 485억달러로 18%증가예상 [ 반도체 장비 부문별 향 후 시장 전망 ] 자료: Gartner DataQuest (2006.Q3)

16 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 1. 우리나라 반도체 장비 시장 현황 1) 설비투자
국내 반도체 장비는 80% 가까이 해외 수입에 의존하고 있으며, 점차적으로 국산화를 통하여 국내생산이 증가하는 추세이나 여전히 수입의존도는 매우 높다. 특히 전공정에 해당하는 Fab 공정의 주요 장비는 대부분 수입에 의존하고 있고, 국내에서 조달되고 있는 장비는 조립장비, 검사장비, 후공정 관련장비 등이 주종을 이루고 있다. 그러나 국내 장비 업체의 기술수준이 높아짐에 따라 국산화 비율도 점진적으로 증가하고 있다. 1) 설비투자 2006년 우리나라 장비 구매는 05년(69억불) 대비 17% 증가한 81억불에 이를 것으로 추정되며 이중 국산장비 비중은 05년(12억불, 17.7%)에서 06년 국산장비 비중(15억불, 18.5%)으로 약간 증가 할 것으로 예상된다. (단위 : 백만불) 구분 2004 2005 2006(E) 전체 국내 공급  장비 구매 6,497 1,217 6,857 1,215 8,139 1,506 국산화율 - 18.8% 17.7% 18.5% (자료 : KISA, 반도체장비 산업동향, )

17 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 2) 반도체 장비 수출입 실적
2) 반도체 장비 수출입 실적 2007년 반도체 장비수출은 전년대비 38.5% 증가한 11억불 ▷ 2000년 이후 중국 IT시장의 확대로 인해 중국/대만등 중화권으로의 수출비중이 가장 높음. : 국가별 수출비중 : 중국(39.0%) 대만(25.6%) 미국(16.0%) 일본(6.7%) ▷ 미국지역은 삼성전자 오스틴(SAS,300mm, 50나노)공장 라인신축으로 큰 폭 증가세 ▷ 대만 : 국내업체들의 기술력 향상과 공격적인 마케팅을 기반으로 수출규모가 확대추세 ▷ 수출 성장지속성유지 2001년(153)  2002년(114)  2004(455)  2006년(806)  2007년(1,117) 단위:백만불 2002년부터 2007년까지 국내장비업체의 수출 평균 증가율은 57.8%로 IMF이후 급성장 <한국 반도체 장비시장의 수출입 추이> (단위:천불, %) 구분 2005년 2006년 2007년 매출 비율 수출 전체 463,146 805,937 1,116,530 미국 67,614 15% 66,320 8% 178,719 16% 일본 93,456 20% 47,343 6% 74,481 7% 유럽 19,234 4% 32,577 26,349 2% 중국 141,040 30% 471,768 59% 435,670 39% 대만 95,869 21% 112,141 14% 286,182 26% 기타 45,933 10% 75,788 9% 115,129 수입 5,603,000 6,474,010 7,762,726 2,086,021 37% 2,622,371 41% 3,102,287 40% 2,131,448 38% 2,145,991 33% 2,567,620 1,293,459 23% 1,583,910 24% 1,843,008 10,249 0% 17,137 24,575 1% 13,316 23,056 19,151 68,507 81,545 206,065 * 자료 : 무역협회

18 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 2. 우리나라 반도체 장비 산업 현황
국내 : 조립용 장비를 주로 개발 생산하고, 공정용 장비는 주로 합작 생산, 차세대 공정장비는 해외수입 . Stepper, Track, Furnace, Memory Tester 및 조립용 일부 장비  일본수입 CVD, Ion Implanter, Sputter, Tester(N-M) 및 정밀측정기기  미국수입 1) 장비의 국내생산 수요기반의 조성 ▷ 소자업계가 1M와 4M DRAM의 대규모 투자를 시작한 1989년에 10억불 수준에 도달함으로써 국제적인 시장규모로 형성 (1988~1992년) ▷ 수입구조 : - 국내 반도체장비 산업의 Infrastructure가 취약(특히 다양한 첨단구성품의 생산 기반이 취약)  수입의존도 높음 - 반도체 조립산업의 거대한 팽창이 시작되어서 후공정장비의 국내 생산 기반 구축예상 2) 장비수요의 확대와 경제성 생산단위 형성 ▷ 1997~1999년 반도체 수요 - 1997년(30억불) 1998년(14억불) 1999년(20억불)  3년간 총수요 64억불 (연평균 22억불) - I.M.F, 반도체산업의 구조조정(big deal) 그리고 computer 산업의 침체로서 설비투자가 크게 감축된 시기 ▷ 2000년이후 반도체 수요 - 300mm 설비투자의 확대와 LCD산업투자의 확대로서 장비시장활성화 - 2000년의 장비시장은 400억불로 급격히 팽창 01년(24억불) 02년(19억불) 04년(50억불) 05년(60억불) 증대예상

19 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 3) 반도체장비의 국내 생산 및 수출
▷ 반도체 3사가 경쟁적으로 해외 Fab 생산거점을 수립함으로써, 국산 전공정장비의 수출실시 ▷ 반도체장비 수요가 1996년에 38억불을 상회함으로써 반도체 전공정장비의 국내 조립생산 또는 합작생산이 활성화 ▷ 첨단 전공정장비(Stepper, CVD, Etcher, Tester 검사장비)를 제외한 장비가 국내에서 합작 생산 ▷ 소자업체의 해외 Fab 설립으로 전공정장비의 해외 수출 실시 4) 반도체장비 수요의 첨단화(2G DRAM 60mm) ▷ 반도체산업의 구조조정 : 한국 반도체사업은 삼성전자(반도체)/하이닉스 Memory 분야에서 세계 선구적인 위치를 확보 : 선두적인 기술개발과 제품생산  선진 장비업체와 차세대 장비개발 상호제휴 ▷ 국내 장비업체로서 첨단장비 개발생산에 난제 : 첨단 Memory 생산용 장비의 국내 개발생산은 요원하여졌으며, LCD 제조장비에 치중하는 경향 5) 반도체장비의 수입의존 재현 ▷ 전공정장비의 수요 첨단화 / 후공정장비의 수요 해외 이전  해외 의존도 상승 ▷ 2004년의 반도체장비 수요의 약 50억불 중에서 78%를 해외에 의존하고 있다.

20 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 3. 반도체 제조공정별 특성과 주요기업 공정별 사업특성 주요업체 전공정
일관공정 (IDM) - 칩설계에서 제조 및 테스트까지 일관공정체제를 구축하여 직접 수행 - 메모리제조의 가장 성숙한 모델 - 기술력과 규모의 경제를 통한 경쟁확보 - 거대투자의 고위험 고수익 형태 Intel, 삼성전자, 하이닉스 Micron, TI, STMicro, Qimonda, Infineon, Freescale, Elpida, Renesas, NEC Elec 설계전문 (Fabless) - 칩의 설계만 전문으로 하는 업체 - 고위험의 거대투자를 회피할 수 있으나, 위탁제조의 비용 부담 필요 - 고도의 시장 예측이 필요하며, 주문생산의 최소물량 수준 예측 필요 Broadcom, Qualcomm, Marvell, Xilinx, Altera, NVIDIA, ATI, 코어로직, 엠택비젼 제조전문 (파운드리) - 주문방식에 의해 칩생산만 전문 - 직접 칩을 설계하지 않고, 설계전문업체로부터 위탁제조 TSMC, UMC, SMIC, Chartered Semi, IBM Micro, 동부일렉 후공정 패키지 및 테스트 - 일반적으로 메모리 제조는 자체적으로 조립하지만, 비메모리분야는 다양한 제품을 모두 패키징처리할 수 없어 외부위탁함. - 반도체 테스트는 전수검사이므로 자체적으로 조립 업체에서 하지만, 검사장비가 고가이므로 다양한 칩을 모두 할 수 없어 테스트 전문업체에 위탁 ASE Test, Amkor, Siliconware Prescision, STATS-ChipPAC 설계 및 장비 IP전문 (Chipless) - 설계기술 R&D 전문 - IDM이나 Fabless에 IP 제공 - 칩설계용 Architecture IP, Chip 생산용 Physical IP, System IP, 일반기술IP 등 ARM, Rambus, Artisan, TTCom, Ceva, 공정장비 - 반도체 제조장비 개발 및 생산 - 생산공정기술개발도주도 Applide Materials, TEL, ASML, Advantest, Nikon,

21 신성ENG, 성도ENG, 한양ENG, 삼우 EMC
III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 4. 우리나라 반도체 장비 업체 현황 구 분 공 정 장 비 국내 업체 전 공 정 PHOTO Track (Coater, Developer) 디지웨이브텍 ETCH Etcher 주성ENG, 에스티아이 Asher 피에스케이 세정/건조 Wet Station, Wafer Scrubber, Dryer 세메스, 케이씨텍, 아토 열처리 Furnace, Anealing M/C 국제일렉트릭 불순물 주입 Ion Implanter 박막형성 CVD (LPCVD, APCVD, PECVD, MOCVD), PVD (Sputter Evaporator), Expitaxial 성장 주성ENG, 디지웨이브텍 ,아토,아이피에스 후공 정 조 립 DICING Dicer BONDING Die Bonder, Wire Bonder, TAB Bonder 삼성테크윈, 탑엔지니어링 PACKING Molding, Trimming/Forming, Banking, Soldering, Marking, Packaging test 한미반도체,이오테크닉스, 하나마이크론, STS 반도체 테스트 Wafer Prober, Tester, Test Handler, Burn-In System 미래산업, 테스텍, 디아이, 쎄크론, 쎄믹스, 프롬써어티 기 타 클린룸 설비, 화학공급장치, 자동화 설비, 웨이퍼 제조, 운송/배관 설비 등 신성ENG, 성도ENG, 한양ENG, 삼우 EMC

22 III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 Memory Test Handler Memory Module Test Handler
[ 미래산업 ㈜ 주요제품] Memory Test Handler 패키징이 끝난 메모리 디바이스의 양/불량 및 기능을 확인 하기 위해 Tester 와 결합하여 사용되는 자동화 장비 Memory Module Test Handler PC 또는 노트북에 장착되는 완성된 Memory Ram Module의 양/불량 및 기능을 확인하기 위해 Tester와 결합하여 사용되는 자동화 장비 Logic Test Handler 패키징이 끝난 다양한 기능과 형태를 갖춘 비메모리 (Logic) 디바이스의 양/불량 및 기능을 확인 하기 위해 Tester 와 결합하여 사용되는 자동화 장비 USB Test Handler 완성된 형태의 USB Memory Card를 제품상태에서 양/불량 및 기능을 확인 하기 위해 Tester와 결합하여 사용되는 자동화 장비 COT Test Handler Reel Type의 Tape상의 칩의 양/불량을 확인 하기 위해 Tester와 결합 하여 사용되는 자동화 장비 Burn-In Sorter 패키징이 끝난 디바이스에 대하여 Burn-In Chamber에서 고온의 Hot Test를 위해 Burn-In Board에 디바이스를 넣고 빼는 자동화 장비 M520 M740 M620 M770 M920 M820

23 More Than 2,000 Handlers Installed
III. 우리나라 반도체 장비 산업 현황 ◊ 미래산업의 경우 후공정 장비인 Test Handler 를 주력으로 개발/제조하는 업체로서 국내에서는 최초로 독자기술 Test Handler 개발에 성공하여 국내는 물론 해외 유수의 거래처를 확보하였으며, 앞선 기술을 바탕으로 차세대 Test Handler 시장을 선도하고 있다. More Than 2,000 Handlers Installed 2005년이후 ~

24 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 1. 서언 우리의 반도체산업 역량을 더욱 확대하고 시장 주도권을 확보를 위해, 고집적 반도체를 생산해 낼 수 있는 장비와 소재의 직접 생산이 무엇보다 필요하며 이러한 인식으로, ▷ 고집적 반도체 제조 및 첨단 패키지 공정에 들어갈 차세대 반도체 재료에 대한 국산화 본격화 ▷ 차세대 웨이퍼 및 구리칩 제조용 화학증착(CVD)물질, 마이크로볼그리드어레이(BGA)용 솔더 볼 등과 같은 첨단 고기능 반도체 재료의 개발 및 양산 시도 ▷ 배선물질을 알루미늄 대신에 구리를 재료로 사용하기 기술이 개발중 ▷ 미세피치 디자인룰을 만족하기 위한 노광장비의 개발방향은 파장이 짧은 불화크립톤(KrF) 엑시머레이저를 광원으로 하는 장비들이 도입되고 있으며 4GD램 이후에는 전자빔이나 X레이를 매체로 사용하는 노광장비의 개발도 예상

25 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 2. 반도체 공정 및 장비 산업의 기술 동향
반도체 장비 분야의 가장 두드러진 기술변화는 아무래도 웨이퍼의 대구경화 추이, 즉 현재 주류를 이루고 있는 200㎜(8인치)웨이퍼 가공설비를 대치할 300㎜(12인치)웨이퍼 가공설비를 개발하려는 움직임이다. 현재 반도체 제조에 주로 사용되는 알루미늄(Al)배선기술이 차세대 초고속, 초고집적 반도체 제조에까지 계속 사용될 수 있느냐의 문제였다. 이에 대한 해답으로 등장한 것이 알루미늄 대신에 구리(Cu)를 반도체의 금속배선 재료로 사용하는 것이다. 이와 더불어 실리콘2중막(SOI:Silicon On Insulator) 웨이퍼의 기술진보를 들 수 있는데, 그동안 반도체 웨이퍼시장을 주도해온 폴리시드(Polished, 경면연마형)웨이퍼는 웨이퍼를 만들 때 실리콘봉에 존재하는 미세한 결함들로 인해 초고집적을 위한 디자인룰을 적용하는데 한계가 있어 SOI웨이퍼는 차세대 웨이퍼로 주목을 받고 있다.

26 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 3. 전공정 장비 기술 동향 1) 300mm (12인치) Wafer 공정 기술
단순하게 200mm와 300mm wafer를 비교해 보면 0.18㎛의 256MD 램을 생산할 때 최대 200개와 450개의 wafer를 각각 얻을 수 있어 약 2.25배의 생산성을 더 지니게 된다. 국내 반도체 장비업체들은 300㎜ 제조공정용 장비 가운데 전공정의 핵심장비인 화학증착(CVD)장치, 애셔(Asher)장치, 화학. 기계적연마(CMP)장치의 개발에 적극 나서는 한편, 국내 반도체업체들과 공동으로 300㎜용 장비개발과 시험평가에 나섬으로써 공정분야기술 및 노하우 축적에 많은 성과를 올리고 있어 300㎜장비 상용화 시점을 크게 앞당길 것으로 기대되고 있다.

27 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 2) 구리칩 배선기술
반도체 소자의 금속 배선재료로서 알루미늄은, 실리콘 산화막과 부착성이 좋아 식각이 잘되지 않아 쉽게 패턴을 얻을 수 없는 구리에 비하여 현재 널리 사용되고 있으나 , 일렉트로마이그레이션 내성이 약하고 저항이 구리에 비해 높아 성능이나 제조비용이 최대 30%까지 높은 단점이 있다. 그러나 최근 다마스커스(Damascene) 기술, 즉 CMP (연마) 공정 후 절연층에 구리 배선층을 만들고, Barrier층을 형성하여 구리를 채운다음 다시 CMP 공정을 통하여 평평하게 만드는 기술이 개발 되었다. 기술선도는 노벨러스, 어플라이드 머트리얼즈와 같은 미국업체들에 의해 주도되어 일부 비메모리 칩에 적용되고 있으나 DRAM에도 적용될 것으로 보여 국내업체들의 적극적인 기술확보와 개발노력이 요구되고 있다. 연마(CMP) 회로설계 실리콘산화막 감광액 도포 노광 감광막 현상 식각 금속선 물질 증착

28 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 3) SOI (Silicon On Insulator) Wafer
그 동안 Wafer시장을 주도해온 Polished wafer는 실리콘봉에 존재하는 미세 결함으로 인하여 고집적 실현에 한계가 있어 대안으로 Epi(에피) wafer등이 개발되었다. 이와 더불어 SOI 웨이퍼를 이용한 고속 칩 제조기술이 1GD램 이상 고집적 메모리 및 고성능 마이크로프로세서 제조에 대응하는 차세대 반도체 공정 기술로 급부상하고 있다.   SOI 웨이퍼 기술은 반도체를 만드는 재료인 실리콘 웨이퍼에 절연막을 입히고 그 위에 다시 실리콘 박막을 형성시켜 전자 누설을 막고 칩의 집적도를 높이는 기술로 초미세가공에 쓰일 것으로 예상되는 차세대 기술이다. Epi Wafer SOI Wafer

29 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 4) Stepper 반도체공정의 핵심장비인 STEPPER
  도포기, 식각기, 이온주입기 등의 장비는 합작 혹은 기술제휴로 국내기업에서 조립생산하고 있으며 핵심장비에 해당하는 전공정장비는 거의 대부분을 수입에 의존하고 있다. 전공정장비에서 가장 중요한 노광기(Stepper)는 전량 미국, 일본에서 수입하고 있는 실정이다.   노광기는 일본의 니콘이 전세계시장의 절반을 공급하고 있으며 출하타이밍이 생명인 반도체 제품의 성격상 핵심장비의 적기획득에 어려움을 겪을 수 있다는 측면에서 전공정장비에서 가장 중요한 노광기의 개발은 우리업계가 풀어야 할 커다란 과제가 아닐 수 없다. 반도체공정의 핵심장비인 STEPPER

30 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 4. 후공정의 Packaging 장비 기술 동향
반도체의 소형화 지향은 휴대형 제품에 응용되는 반도체소자에서 두드러지며 끝이 보이지 않을 정도로 경쟁이 치열하다. 휴대용PC와 이동 전화 제품의 경박단소화가 핵심부품인 반도체를 더욱 작게 만들도록 유도하고 있으며 이러한 제품의 다기능화가 고집적화를 유도하고 있으며 이러한 요구는 BGA(Ball Grid Array)패키징기술 및 웨이퍼레벨 패키징기술의 발전을 가져왔다. 웨이퍼레벨 패키징은 웨이퍼에서 칩으로 절단하여 낱개의 칩을 패키징하던 칩레벨패키징공정 대신 웨이퍼상태에서 패키징과 테스트한 후 낱개의 완제품으로 절단하는 패키징방법으로 기존 패키징 방법보다 공정이 줄고 웨이퍼상태로 모든 공정을 거치게 되므로 비용절감이 기대된다

31 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 5. 후공정의 검사 장비 기술 동향
검사공정의 Tester와 Test Handler의 Parallelism의 혁신적인 증가는 같은 시간에 2001년(32para) 대비 2006년(640para) 에는 무려 20배에 이르는 parallelism상의 생산성 증가를 가져왔다. o Memory Tester 메모리 Tester 분야에서 일본의 Advantest는 2004년까지 메모리 반도체 (SRAM, DRAM, SDRAM, RDRAM 등) 시장에서 거의 독점적 지위를 누리고 있었으며, Flash Memory 시장의 확대에 따라 미국의 대형 Test 업체들이 High Parallelism Tester로 시장에 재 진입을 시도하고 있슴 Advantest T5588 Verigy v5500 Nextest Magnum

32 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 o Test Handler
2004년 부터 촉발된 Tester업체들의 Para 경쟁과 더불어, 그에 대응하는 Handler의 발전속도는 이미 해외 기술을 뛰어 넘는 상황이 되었으며, 국내업체가 Para경쟁을 선도하는 상황이 되었다.

33 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 1. Pick & Place 기술 - 핸들러
Pick & Place 기술은 고속-고정도 XY gantry 설계 및 응용 기술, Actuator 설계 및 선정 기술, CAE(Computer Aided Engineering) 기술, 힘/가속도/속도/위치 제어 기술, Position Alignment 기술, 고강성 기계 설계 기술, Vacuum Control 기술, Machine Calibration 기술, 온도 제어 기술 등으로 구성되어 있다. 이러한 요소 기술의 사용 예를 미래산업의 핵심 장비인 “테스트 핸들러와 Chip 마운터”를 예를 들어 설명하겠다. 1) 고속 - 고정도 XY-Gantry 설계 및 응용 기술 3g 가감속 특성을 갖는 Linear Motor 채용 XY-Robot - 평균 가속도: 3g - 최고 선속도: 2 m/sec - 고 분해능을 갖는 linear scale 채용과 Machine Calibration CAE에 의한 최적 설계 - 경량, 고강성, 저진동 구조의 설계 기술 - 제어기를 포함한 전체 시스템의 Dynamic Simulation에 의한 시스템 성능 향상 고속 칩 마운터의 XY Gantry

34 Heat Transfer Analysis Magnetic Field Analysis
IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 2) Actuator 설계 및 응용기술 장비의 특성에 따라 Actuator의 선정이 매우 중요하며 주로 쓰이는 Actuator는 Rotary servo motor, Linear motor, Stepping motor, hydraulic & Pneumatic Actuator 이다. 이중에서 고속, 고정밀 장비에는 특히 linear motor가 많이 쓰인다. 중량 대비 고 torque의 Linear motor를 설계 하기 위해서는 다양한 CAE 기술이 요구된다. Excellent Heat Removal Capability Heat Transfer Analysis CAE Based Motor Design Numerical Analysis Magnetic Field Analysis Structural Analysis High Accuracy and Repeatability Compact & Robust Mechanism Design Optimal Actuator Design

35 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 3) CAE Technology X, Y축 Frame
Structure analysis using Finite Element Method under the static, dynamic and thermal load condition X, Y축 Frame

36 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 Base Frame

37 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 Y X X motor Y1 motor Y2 motor
4) 가속도/속도/위치 제어 기술 Twin Servo Control 필요성 Linear motor는 고속 고정도 위치 제어에 적합한 구동기 High load 시스템을 하나의 구동기로 구동할 경우 대용량의 전동기가 필요 Single servo의 경우 진동을 억제하는 특수한 기계 설계가 필요해짐 TWIN SERVO XY-Gantry 구조 X Y Y1 motor Y2 motor X motor 제어기 설계 양 구동기의 특성 차이를 극복 구동기에 가해지는 Load 변화 극복 두 전동기 위치 오차로 인한 기계파손 방지 기구적인 정렬 오차에 따른 외란의 최소화

38 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 Twin servo control의 제어 결과 예 Velocity Current

39 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 5) Vacuum Control 기술
Pick & Place 장비에서 장비의 생산성에 많은 영향을 주는 것이 Vacuum의 sensing 및 제어이다. Blow [REAL TIME VACUUM SENSING CONTROL] Problem of predefined fixed time delay. Difficult to avoid pressure over shoot. Lead to misplacement & missing component. Critical for small size component. Sensitive for fine pitch mounting. Mirae Solution Real time monitoring of the tip pressure. Adjust vacuum solenoid timing on the fly. Prevent over and under Blow / Suction. 1 atm <<Blow Signal and Tip Vacuum Level Mounting Sequence>> Blow 1 atm

40 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 온도제어기술 Test Chamber Design By CAE
Temperature Distribution of Test Chamber via ICEPAK V2.1(Solver-Fluent UNS4.2) Air Flows Inside Test Chamber via ICEPAK V2.1(Solver-Fluent UNS4.2)

41 IV. 우리나라 반도체 장비 산업 기술 동향 3.Vision 기술
Nozzle Center에 대한 Chip의 Offset(x,y, theta)을 Vision으로 인식하고 placing시 그 offset 정보를 이용하여 보정한다. 이때에 조명장치 및 광학계 설계, 그리고 Vision 처리 알고리즘에 종류와 방법에 따라 Position Alignment 성능이 결정된다. Independent illumination control Add bottom illumination Applied to : Mx Series Uneven illumination : Vulnerable to image noise Uniform illumination reliable recognition

42 V. 맺음말 1. 반도체 관련기술은 고속도와 집적도를 위하여 끝임없는 기술의 진보가 있을 것이고
이와 더불어 소형화 및 코스트다운을 위한 노력도 계속될 것이다. 2. 기술변화의 동향으로 300㎜웨이퍼공정기술의 개발, 고속동작을 위한 구리배선기술의 개발, 미세선폭을 만족시키기 위한 노광장비 등 여러 공정장비및 공정기술의 개발, 완성칩의 소형화를 위한 패키징기술의 진보 예상된다. 3. 반도체 산업에서 우리가 이룩한 입지를 확고히 하기 위해서는 비메모리 분야의 설계기술 확보를 위한 노력이 배가되어야 할 것이고 장비업체에서는 고부가가치 장비 개발에 관심을 가져야 할 것이다. 4. 핵심 반도체 장비의 국내개발 및 생산은 우리의 반도체산업발전의 지속적 발전을 위해서는 반드시 필요한 것이고, 이를 위해서는 반도체장비업체를 개발/생산하는 중소기업은 기술의 영세성을 벗어나야 한다. 5. 소자업체는 장기적 안목에서 장비업체에 대한 다양한 지원을 아끼지 말 것이며, 동반자적 협력관계를 구축할 필요가 있다.