파운드리(Foundry)는 반도체 설계 전문 기업이 설계한 반도체를 위탁받아 제조하는 산업을 의미합니다. 파운드리 공정은 이러한 위탁 제조의 핵심으로, 반도체 칩을 실제로 생산하는 일련의 복잡하고 정밀한 과정을 말합니다.
반도체 제조 공정은 웨이퍼(반도체 원판)에 수많은 회로를 새기고 기능을 구현하는 작업을 포함하며, 이를 위해 최첨단 장비와 공정 기술이 필요합니다.
파운드리 공정의 주요 단계
1) 설계 데이터 전환
고객(팹리스 기업)으로부터 반도체 설계 데이터를 제공받아 이를 제조 가능한 데이터로 변환합니다.
설계 데이터를 바탕으로 포토마스크(Photomask)를 제작합니다. 포토마스크는 회로 패턴이 새겨진 템플릿으로, 제조 공정의 핵심 도구입니다.
2) 웨이퍼 준비
웨이퍼는 반도체 칩의 기본 재료로, 주로 실리콘으로 만들어집니다. 웨이퍼 표면을 매끄럽게 다듬고 준비 과정을 거칩니다.
3) 노광(Lithography)
포토마스크를 이용해 웨이퍼에 회로 패턴을 새깁니다. 광원(UV 또는 EUV)을 사용하여 웨이퍼 표면에 빛을 투사하고, 감광제를 통해 패턴을 형성합니다. 노광은 공정의 정밀도를 결정하며, 반도체의 집적도를 높이는 핵심 기술입니다.
4) 식각(Etching)
노광으로 형성된 패턴에 따라 웨이퍼의 일부를 제거하거나 새기는 과정입니다. 이온이나 화학 물질을 이용해 웨이퍼 표면에 미세한 구조를 형성합니다.
5) 증착(Deposition)
웨이퍼 표면에 얇은 박막을 입히는 과정입니다. 이 박막은 전기적 특성을 제공하거나 보호막 역할을 합니다.
6) 이온 주입(Ion Implantation)
웨이퍼에 전기적 성질을 부여하기 위해 특정 원소를 주입하는 과정입니다. 이를 통해 반도체의 전도성을 조정합니다.
7) 메탈 배선(Metalization)
웨이퍼의 각 층을 연결하기 위해 금속 배선을 형성하는 과정입니다. 주로 구리나 알루미늄을 사용하며, 회로 간 신호 전달을 가능하게 합니다.
8) 패키징(Packaging)
제조된 반도체 칩을 보호하고 전기적 연결을 지원하기 위해 패키징 과정을 진행합니다. 패키징은 칩의 최종 형태를 결정하며, 열 방출과 물리적 충격 방지 역할을 합니다.
파운드리 시장의 주요 기업
1) TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)
세계 1위의 파운드리 기업으로, 5nm 및 3nm 공정에서 기술적 우위를 확보하고 있습니다. 애플, AMD, 엔비디아 등 주요 고객을 보유하고 있습니다.
2) 삼성전자
TSMC에 이어 세계 2위의 파운드리 기업입니다. EUV(극자외선) 기술을 활용한 3nm 공정을 도입하며 경쟁력을 강화하고 있습니다.
3) 글로벌파운드리스 (GlobalFoundries)
미국 기반의 파운드리 기업으로, 중급 및 특화된 공정에 집중하고 있습니다.
4) 인텔
기존 IDM(종합 반도체 기업)에서 파운드리 사업에 진출하며 경쟁에 가세하고 있습니다.
주요 쟁점
첨단 기술 경쟁
공정 기술의 발전은 반도체의 성능, 전력 효율성, 집적도를 결정합니다. 5nm, 3nm 등 초미세 공정이 차세대 반도체의 핵심으로 떠오르고 있습니다.
고객 맞춤형 생산
파운드리는 고객의 설계 요구에 맞춰 반도체를 생산하며, 다양한 산업 분야에 걸쳐 중요한 역할을 합니다.
반도체 생태계의 핵심
파운드리는 팹리스(설계 전문) 기업과 IDM(종합 반도체) 기업의 연결고리로, 반도체 공급망에서 핵심 역할을 담당합니다.
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마치며
파운드리 공정은 반도체 제조의 핵심이자, 글로벌 기술 경쟁의 중심에 있는 분야입니다. 초미세 공정 기술과 고객 맞춤형 서비스를 통해 반도체의 성능을 극대화하며, 앞으로도 반도체 산업의 중요한 축을 담당할 것입니다. TSMC와 삼성전자를 필두로 한 경쟁이 어떻게 전개될지 주목됩니다.