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중소기업 기술로드맵 조회결과

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반도체 검사장비
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

반도체 검사장비 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 반도체 공정은 크게 전공정과 후공정으로 나뉘며, 전공정은 기판을 가공하는 공정을 의미하며, 후공정은 전공정 이후에 수행되는 절단·배선·패키징·검사 등의 공정을 의미한다. 반도체 검사장비는 통상적으로 후공정 단계에서 반도체를 검사하기 위한 장비를 일컬었으나, 최근 각 공정 단계를 모니터링하고 진단하는 장비까지도 포함하는 광범위한 범위로 확장 해석되고 있다.
  • 가장 보편적인 반도체 검사장비인 전기적 테스트 장비는 전기적 신호를 인가하여 반도체의 출력 신호를 계측, 원하는 값이 얻어지는지를 검사한다. 수반하는 장비는 probe station, handler, parameter analyzer 등이 포함된다. 그 외 분석을 위한 X-Ray, SAM(Scanning Acoustic Microscope), Visual inspection system, FIB(Focused Ion Beam), TEM(Transmission Elecltron Microscope) 등을 포함하는 분석 장비 또는 burn-in 시험 등을 포함하는 신뢰성 검사장비 등이 검사장비의 범주에 포함될 수 있다.
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
반도체 검사장비 전기적 특성 평가 RF & wireless test
  • Spectrum, noise, gain, bandwidth 등
  • Bluetooth, WiFi, Cell phone, IoT 용도
SoC & Analog test
  • 논리 회로(Logic IC)의 기능(functional) 검사
  • 메모리, SoC, Digital/Analog hybrid IC 등 디지털/아날로그 신호 처리 IC 검사
  • 전압, 전류, noise, switching time, 기능(functional) 검사 등
LED & display
  • 전압, 전류, 광출력, 광 스펙트럼, 색좌표 등
  • 광학적, 전기적 특성을 별도 평가 또는 상관 관계 분석
태양전지
  • Photovolatic, I-V curve 등
Handler
  • 반도체 검사를 통한 품질 관리 : 반도체 이송 및 자동 측정, 산포에 따른 sorting 제어
Probe station
  • 탐침(probe), 제어, 센서 기술 등
  • 반도체에 전기적 신호를 입·출력하기 위한 탐침 및 자동 제어시스템 이 결합된 장치
결함 검사 광학 검사
  • Defect, pattern, solder 검사
  • 패턴의 이상 유무, 솔더의 형상, 기판 또는 반도체 표면의 결함 분석
기타 비파괴 분석
  • SAM(Scannning Acoustic Microscope), X-Ray 등
  • 비파괴적인 방식으로 주로 패키지의 결함을 분석
신뢰성 Burn-in & reliability test
  • ESD, HTRB(High Temperature Reverse Bias), HTOL(High Temperature Operating Life), H3TRB(High temperature, humidity, bias Reverse Bias) 등
공정장비 진단 Health monitoring
  • 전류, 전압, 진동, 잡음(noise), 온도 등
  • 공정장비의 건전성(prognostics) 평가를 통해 공정장비의 재현성, 품질 능동적 관리 목적
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

전 세계 반도체 검사장비 시장은 2021년 기준 33억 달러 수준으로 전망. 2000년대 경제 위기로 인해 반도체 시설투자가 감소하였으나 4차 산업혁명 및 정보통신 기술 수요의 증가 등에 따라 시설투자는 증가 추세를 보임

[ 반도체 검사장비 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

반도체 검사장비 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 2,897 2,966 3,057 3,148 3,243 3,340 3.05

* 출처: SEMI Outlook-Market Briefing, 2015, 정보통신산업진흥원, 한국반도체산업협회 등의 자료를 참고하여 전망치를 추정함

  • 반도체 시설 투자액은 역대 최대로 예상되는데, 특히 한국에서 삼성전자, SK하이닉스의 시설투자가 급격한 증가를 보일 것으로 전망됨. 메모리의 수요 증가, 미세공정 경쟁 우위에 힘입어 삼성전자와 SK하이닉스의 시설투자가 집중되는 것으로 파악되며, 대한민국 반도체 시장이 메모리 중심으로 구성되어 있음을 보여주고 있음
  • 중국의 반도체 굴기 선언에 따른 시설 투자 증가에 따라 중국에서의 시설 투자액도 크게 증가할 것으로 예상됨. 중국 업체는 지난해 대규모 팹 건설에 60억 달러 이상을 투자하였으며, 2018년에도 약 60억 달러를 투자할 것으로 전망되므로 반도체 공정장비와 더불어 검사장비의 수요도 크게 증가할 것으로 전망됨

    [ 지역별 장비 투자액 추이 및 전망 ]

    지역별 장비 투자액 추이 및 전망

    * 출처 : 국제반도체장비재료협회

  • 반도체 검사장비는 teradyne, advantest 2개사가 가장 높은 점유율을 보임. 기술격차도 크며, 규모적 측면, 보수적인 산업의 특성 상 신규업체가 진입하기 어려운 특징을 보임. 대한민국의 경우 유니테스트가 국제시장 일부 영역(메모리 테스트)에서 경쟁력을 높여나가고 있으며, 최근에는 메모리 반도체 검사장비 시장에서 약 5~10% 정도로 시장점유율을 올리고 있음

[ 반도체 검사장비 시장 현황(‘12 기준) ]

반도체 검사장비 시장 현황(‘12 기준)
구분매출액(백만$)Market share
Advantest(일본) 1,032 40.9 %
Teradyne(미국) 1,127 44.8 %
Ltx-credence(미국) 249 9.9 %
유니테스트(대한민국) 40 1.6 %
기타 71 2.8 %
합계 100 %

* 출처 : 반도체 검사장비 분야 최근 특허 통계 및 경쟁 업체의 최근 기술 분석, 특허청 전기전자 심사국

나. 국내시장

SEMI(국제반도체 장비재료협회)의 시장 전망으로는 한국의 반도체 장비 시장은 2018년 200억 달러 이상이 될 것으로 예측하고 있음. 그 중 반도체 검사장비는 15% 수준으로 추정할 경우 20~30억 달러 수준으로 예상됨

  • 국내 반도체 장비 관련 기업은 증착용 CVD, 절단장비(dicing), 레이저 마킹 장비, 세정 장비 등 비교적 기술장벽이 낮은 분야에 집중되어 있으며 검사장비, 포토 공정장비 등 첨단 기술을 요구하는 분야에서는 아직 경쟁력이 부족한 상황임
  • 국내 반도체산업의 호황에 따라 반도체 장비업체도 호황을 보이고 있으나, 세계 시장에서의 점유율은 미미한 수준이며, 제한적인 영역에 국한되어 있음

[ 반도체 검사장비 시장의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

반도체 검사장비 시장의 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 215 223 231 238 247 255 3.45

* 출처: SEMI Outlook-Market Briefing, 2015, 정보통신산업진흥원, 한국반도체산업협회 등의 자료를 참고하여 전망치를 추정함

4.기술분석
가. 기술환경 분석

연구 개발 동향

[ IoT 시장환경에 따르는 반도체 수요의 변화 ]

IoT 시장환경에 따르는 반도체 수요의 변화

* 출처 : 한국반도체산업협회

  • 반도체는 IoT 기술의 발전에 힘입어 메모리 소자뿐 아니라 다양한 패러다임의 반도체로 영역이 확장되고 있음. 그에 따라 반도체 기술도 고도화가 필요한 상황에 직면하였으며 반도체 검사장비 또한 고성능, 첨단화 요구에 직면하였음
반도체 집적도 증가, 고속화 등에 따라 공정기술의 정밀도도 높아지고 있음. 또한 공정용 웨이퍼의 크기가 증가함에 따라 이를 만족할 수 있는 handler, probe card 등도 MEMS probe와 같은 패러다임 전환 수준의 검사장비 성능 향상을 필요로 함. DDR-4 메모리와 같이 고속화에 따라 측정 클럭주파수도 수 GHz 이상을 필요로 하므로 이를 만족할 수 있는 검사장비를 필요로 함

주요 이슈는 고속화, 동시 측정 채널 수, 저전압 환경, 미세화, 비용 절감이 검사장비에 요구되며, 이에 대한 다양한 접근을 하고 있음

  • 프로브 카드는 통해 고속화, 미세화, 비용 절감을 달성하고자 MEMS probe card 등을 이용한 연구개발이 이루어지고 있음
  • 검사 대상품인 반도체의 고성능화, 대용량화에 따라 검사장비의 용량 문제도 중요한 이슈가 됨. 기존 장비 대비 다채널화, 데이터 처리 등이 요구되고 있음. 패턴의 미세화에 따라 검사장비에서의 정렬(align) 문제도 기술적 향상이 필요하며, 제어기술 등도 향상되어야 함. 결론적으로 기능 구현 뿐 아니라 기초기술에 기반한 성능 최적화가 필요하며 기초기술 및 원천기술이 부족한 후발주자가 격차를 줄이기 어려운 상황임
5. 핵심요소기술 선정

[ 반도체 검사장비 분야 핵심요소기술 연구목표 ]

반도체 검사장비 분야 핵심요소기술 연구목표
분류핵심요소기술개요
Handler & Probe station 미세 피치 프로브 카드 미세 피치 프로브 카드 검사기술
대구경 웨이퍼 대응 시스템 웨이퍼 크기에 따른 검사장비 최적화 시스템
병렬 처리 가능 parallel 수 초고속, 초미세 반도체 검사 가능한 정밀 probe system 기술
ATE 클럭 주파수 상향 클럭 주파수 상향 기술
측정 가능 파라미터 확장 초고속 반도체 검사가 가능한 신뢰성 있는 ATE system 개발
Defect inspection Defect 인식 및 분류 기술 개발 10nm 수준의 defect 검출 및 분류가 가능한 검사장비 개발