반도체 전공정과 후공정의 차이: 공정 내용·장비·담당 기업 비교

반도체 제조는 크게 전공정과 후공정으로 나뉩니다. 전공정은 실리콘 웨이퍼 위에서 증착·노광·식각·이온 주입 등을 반복해 트랜지스터와 배선을 만들어 넣는 공정입니다. 후공정은 완성된 웨이퍼를 하나하나의 칩으로 잘라 패키지로 조립하고 외부와 연결한 뒤, 검사해서 출하하는 공정입니다. 최근에는 칩렛 등 첨단 패키지에서 두 공정의 중간에 해당하는 공정의 중요성이 커지고 있습니다.

비교 항목전공정후공정
목적웨이퍼 위에 트랜지스터와 배선을 만들어 넣어 회로를 완성함칩을 잘라 패키지로 조립하고 외부와 연결해 출하할 수 있는 제품으로 만듦
주요 공정세정, 산화, 증착(CVD·PVD), 리소그래피, 식각, 이온 주입, 열처리, CMP, 배선 형성백그라인딩, 다이싱, 다이 본딩, 와이어 본딩이나 플립 칩에 의한 접속, 수지 봉지(몰드), 마킹, 최종 검사
다루는 단위웨이퍼(직경 300 mm나 200 mm 등)칩(다이)과 패키지
가공 치수나노미터(nm) 영역주로 마이크로미터(µm)에서 밀리미터(mm) 영역
공정 수와 기간같은 종류의 공정을 층 수만큼 반복함. 첨단 로직에서는 천 단계 이상이며, 전공정에만 3개월 이상 걸림전공정보다 공정 수가 적고 기간도 짧음
주요 장비노광 장비, 식각 장비, 증착 장비, 이온 주입 장비, CMP 장비, 세정 장비다이서, 다이 본더, 와이어 본더, 몰드 장비, 테스터(ATE), 핸들러
작업 환경청정도가 매우 높은 클린룸클린룸을 사용하지만 전공정만큼의 청정도는 요구되지 않는 경우가 많음
검사공정 도중에 외관 검사와 막 두께·치수 계측을 수행함웨이퍼 테스트(전공정 마지막에 포함하는 분류도 있음), 패키지 후 최종 검사, 필요에 따라 번인
담당 기업IDM과 파운드리IDM과 OSAT(후공정 위탁 기업). 첨단 패키지를 다루는 파운드리도 늘고 있음

수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.

상황별 선택 기준

전공정
칩의 성능·소비 전력·집적도를 결정하는 부분입니다. 미세화 경쟁의 중심이며, 노광 장비 등에 대한 투자도 커집니다.
후공정
칩을 보호하고, 열을 빼내고, 기판과 연결하는 부분입니다. 패키지 형태와 접속 방법이 제품의 크기, 방열, 신호 속도에 영향을 줍니다.
중간 공정
TSV나 미세한 재배선, 범프 형성 등 전공정에 가까운 기술을 웨이퍼 상태에서 패키지에 적용하는 공정은 중간 공정(미들 엔드)이라고 불리기도 합니다. 칩렛과 적층 메모리에서 중요해지고 있습니다.

자주 묻는 질문

전공정과 후공정의 경계는 어디인가요?

일반적으로 웨이퍼 위에 회로를 다 만들 때까지가 전공정, 웨이퍼를 칩으로 잘라 패키지로 조립하는 공정부터가 후공정입니다. 칩별 전기적 검사(웨이퍼 테스트)를 어느 쪽에 포함할지는 회사나 자료에 따라 다릅니다.

전공정에 시간이 더 오래 걸리는 이유는 무엇인가요?

증착·노광·식각 등의 공정을 트랜지스터와 배선의 층 수만큼 수십 번 반복하기 때문입니다. 첨단 로직 반도체에서는 단계가 천 개 이상에 이르며, 웨이퍼를 투입한 뒤 전공정이 끝나기까지 3개월 이상 걸립니다.

후공정이 주목받는 이유는 무엇인가요?

미세화만으로 성능을 계속 높이기가 어려워지면서, 여러 칩을 하나의 패키지에 고밀도로 나란히 배치하거나 쌓아 올리는 칩렛과 3D 실장으로 성능을 높이는 방법이 확산되고 있기 때문입니다. 프로세서 옆에 메모리를 쌓아 배치하는 HBM처럼, 후공정 기술이 제품 성능을 좌우하는 사례가 늘고 있습니다.

OSAT란 무엇인가요?

Outsourced Semiconductor Assembly and Test의 약자로, 후공정의 조립과 검사를 위탁받는 기업입니다. 팹리스 기업이나 파운드리로부터 완성된 웨이퍼를 받아 패키징과 테스트를 수행합니다.

이해도 확인

반도체 제조의 「전공정」과 「후공정」의 구분으로 올바른 것은 무엇입니까?

  1. A전공정은 설계, 후공정은 제조
  2. B전공정은 웨이퍼 위에 회로를 만드는 공정, 후공정은 칩을 잘라내어 조립·검사하는 공정
  3. C전공정은 검사, 후공정은 웨이퍼 제조
정답과 해설 보기

정답: B. 전공정은 웨이퍼 위에 회로를 만드는 공정, 후공정은 칩을 잘라내어 조립·검사하는 공정

전공정은 성막·리소그래피·식각·이온 주입 등을 반복하여 웨이퍼 위에 회로를 만드는 공정입니다. 후공정은 웨이퍼에서 잘라낸 칩을 패키지로 조립하고 검사하여 출하하는 공정입니다. 설계는 제조 이전의 별도 단계입니다. 최근에는 웨이퍼 상태에서 재배선이나 칩 적층을 수행하는 첨단 패키지의 중요성이 커지면서 둘의 경계가 모호해지고 있습니다.

첨단 로직 반도체에서 웨이퍼를 제조 라인에 투입한 후 전공정이 완료되기까지 걸리는 기간의 기준으로 가장 가까운 것은?

  1. A약 1일
  2. B수 개월(대략 3개월 이상)
  3. C약 10년
정답과 해설 보기

정답: B. 수 개월(대략 3개월 이상)

첨단 로직 반도체에서는 노광, 성막, 에칭 등의 공정이 합계 천 단계 이상에 이르며, 전공정만으로 3개월 이상이 걸립니다. 여기에 후공정과 테스트가 더해지고, 새 공장 건설에는 2년 이상이 걸리므로 수요가 급증해도 공급을 곧바로 늘릴 수 없어 수급 불일치와 품귀가 일어나기 쉬운 요인 중 하나가 됩니다. 1일로는 다수의 공정을 끝낼 수 없고, 10년은 너무 깁니다.

최근 후공정(패키징)의 중요성이 높아지고 있는 이유로 적절한 것은?

  1. A후공정이 불필요해졌기 때문에
  2. B패키지 비용이 거의 0이 되었기 때문에
  3. C칩렛과 첨단 패키지가 시스템 성능을 높이는 중요한 수단이 되었기 때문에
정답과 해설 보기

정답: C. 칩렛과 첨단 패키지가 시스템 성능을 높이는 중요한 수단이 되었기 때문에

미세화만으로 성능을 높이기 어려워지면서, 여러 칩을 고밀도로 연결하는 첨단 패키지가 성능과 전력 효율을 높이는 수단이 되었습니다. AI용 반도체에서는 프로세서 옆에 HBM을 배치하고 실리콘 인터포저로 연결하는 2.5D 실장의 생산 능력이 제품 공급량을 좌우할 정도입니다. 후공정이 불필요해진 것도, 비용이 0이 된 것도 아닙니다.

  1. 다이싱에 대한 설명으로 올바른 것은?
  2. 전공정을 마친 웨이퍼에서 TEG의 문턱 전압이나 시트 저항 등을 측정하여 공정이 규격대로 만들어졌는지 확인하는 검사를 무엇이라고 합니까?
  3. TSV나 미세 재배선층 형성 등 전공정에 가까운 미세 가공 기술을 웨이퍼 상태에서 사용하는 첨단 패키지 공정이 전공정과 후공정의 사이에 해당하기 때문에 불리는 이름은?

반도체 산업과 시장 문제 풀기

주요 용어 설명

다이싱(dicing)
웨이퍼를 개별 칩(다이)으로 자르는 공정. 회전하는 블레이드로 자르는 방법 외에 레이저로 내부에 개질층을 만드는 스텔스 다이싱 등이 있다.
백그라인드(Back Grinding)
패키지를 얇게 하기 위해 다이싱 전에 웨이퍼 뒷면을 연삭하여 얇게 만드는 공정. 적층용 칩에서는 수십 µm까지 얇게 한다.
와이어 본딩(wire bonding)
칩의 전극 패드와 리드 프레임 또는 기판을 금·구리 등의 가는 금속선으로 잇는 접속 방법.
웨이퍼 테스트(프로브 테스트)
다이싱 전에 웨이퍼 위 각 칩의 전극에 프로브를 접촉시켜 전기적 특성을 검사하는 공정. 불량 칩을 조립 전에 찾아내 불필요한 조립을 피한다.
OSAT
반도체의 조립과 테스트 등 후공정을 위탁받아 수행하는 기업.

관련 비교