🏭 주문형 반도체 생산 절차 완벽 가이드
(Foundry Process & Key Players)
1. 주문형 반도체란 무엇인가?
**주문형 반도체(Custom Semiconductor)**란, 팹리스(Fabless) 회사가 직접 생산설비 없이 회로 설계만 하고,
실제 생산은 전문 생산 업체(파운드리, Foundry)에 맡기는 방식을 말합니다.
대표적으로 애플·엔비디아·퀄컴 같은 기업이 이 모델을 사용하며, 생산은 TSMC, 삼성전자 파운드리, 글로벌파운드리(GlobalFoundries) 등이 담당합니다.
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2. 주문형 반도체 생산 절차 개요
주문형 반도체의 생산 절차는 크게 다음 6단계로 나눌 수 있습니다.
- 설계(Design) – 회로 설계 및 IP(지적재산권) 확보
- 설계 검증(Verification) – 시뮬레이션·EDA 툴을 통한 기능 검증
- 포토마스크 제작(Photomask) – 회로 패턴을 웨이퍼에 새길 틀 제작
- 웨이퍼 제조(Fabrication) – 노광·증착·식각·이온주입 등 미세공정
- 패키징(Packaging) – 칩을 보호하고 외부 회로와 연결
- 테스트(Testing) – 성능·불량 검사 후 출하
3. 단계별 상세 설명 & 주요 기업
📌 1단계: 설계 (Design)
- 설명: 반도체의 뇌에 해당하는 회로도를 만드는 단계입니다.
CPU, GPU, AI 칩 등 용도에 맞게 논리 회로, 메모리 구조, 인터페이스를 설계합니다. - 사용 툴: EDA(Electronic Design Automation) 소프트웨어
- 대표 기업: ARM(설계 IP), Synopsys, Cadence, 퀄컴, 엔비디아, 애플(자체 칩 설계)
💡 팁: 팹리스 회사는 이 단계에서 제품의 성능·전력·크기를 결정하므로, 시장 경쟁력의 핵심입니다.
📌 2단계: 설계 검증 (Verification)
- 설명: 만든 설계가 실제로 정상 동작할 수 있는지 시뮬레이션과 모델링으로 검증합니다.
- EDA 툴: Synopsys VCS, Cadence Virtuoso 등
- 대표 기업: Synopsys, Cadence, Siemens EDA
📌 3단계: 포토마스크 제작 (Photomask)
- 설명: 회로 패턴을 자외선(UV) 또는 극자외선(EUV)으로 웨이퍼에 새기기 위해 만드는 ‘원판 필름’입니다.
이 마스크를 통해 빛을 쏘아 실리콘 위에 회로를 형성합니다. - 기술 난이도: 3나노, 5나노급 초미세 공정에서는 EUV 마스크가 필요
- 대표 기업: 일본 Photronics, Toppan, DNP(Dai Nippon Printing)
📌 4단계: 웨이퍼 제조 (Fabrication)
- 설명: 파운드리의 핵심 단계로, 반도체 회로를 실제 실리콘 웨이퍼 위에 새깁니다.
주요 공정은 노광(Lithography), 증착(Deposition), 식각(Etching), 이온 주입(Ion Implantation) 등입니다. - 주요 장비 업체: ASML(EUV 노광), Tokyo Electron(식각·세정), Lam Research(증착·식각)
- 대표 파운드리: TSMC, 삼성전자 파운드리, UMC, GlobalFoundries
📌 5단계: 패키징 (Packaging)
- 설명: 만들어진 반도체 칩을 외부 충격으로부터 보호하고, 기판이나 다른 부품과 연결하는 과정입니다.
성능을 위해 3D 패키징, TSV(Through-Silicon Via), 팬아웃(Fan-Out) 기술이 활용됩니다. - 대표 기업: ASE(대만), Amkor Technology(미국/한국), 삼성전자, SK hynix System IC
📌 6단계: 테스트 (Testing)
- 설명: 완성된 칩의 기능·속도·전력·내구성을 검사합니다.
불량률이 낮아야 수율이 높아지고, 원가 절감 효과가 큽니다. - 대표 기업: Advantest(일본), Teradyne(미국)
4. 주문형 반도체 시장의 흐름
- AI, 자율주행, 5G 확산으로 팹리스-파운드리 구조가 더욱 강화
- 삼성·TSMC는 3나노 이하 초미세 공정 경쟁 중
- 미국은 반도체 공급망 안정화를 위해 TSMC 애리조나·삼성 텍사스 공장 건설 지원
- 국내에서는 삼성전자, DB하이텍이 주문형 반도체 시장에서 입지를 확대 중
5. 마무리: 왜 중요한가?
주문형 반도체는 설계자와 생산자가 분리되어 효율성과 전문성을 극대화합니다.
소비자는 더 강력하고 효율적인 칩을 더 빠르게 공급받을 수 있고,
기업은 막대한 설비 투자 없이도 세계 시장에서 경쟁이 가능합니다.
📌 핵심 요약
- 팹리스: 설계 전문 (예: 엔비디아, 퀄컴)
- 파운드리: 생산 전문 (예: 삼성, TSMC)
- 장비·소재 업체: ASML, Tokyo Electron 등
- 패키징·테스트: Amkor, ASE, Advantest 등
🏭 주문형 반도체 생산 절차 요약 (Foundry Process)
단계주요 내용대표 기업/툴
| 1. 설계 (Design) | 회로 설계, IP 확보 | 팹리스: 엔비디아, 퀄컴, 애플 / EDA툴: Synopsys, Cadence |
| 2. 설계 검증 (Verification) | 시뮬레이션·모델링, 기능 확인 | Synopsys, Cadence, Siemens EDA |
| 3. 포토마스크 제작 (Photomask) | 회로 패턴 틀 제작 (EUV 포함) | Photronics, Toppan, DNP |
| 4. 웨이퍼 제조 (Fabrication) | 노광·증착·식각·이온 주입 | 파운드리: TSMC, 삼성전자, UMC / 장비: ASML, Tokyo Electron, Lam Research |
| 5. 패키징 (Packaging) | 칩 보호·연결, 3D/팬아웃 패키징 | ASE, Amkor, 삼성전자, SK hynix System IC |
| 6. 테스트 (Testing) | 성능·불량 검사 | Advantest, Teradyne |
🔍 핵심 키워드
- 주문형 반도체(Foundry): 팹리스 설계 + 파운드리 생산 구조
- 팹리스(Fabless): 생산시설 없이 설계만 전문 (예: 엔비디아, 퀄컴)
- 파운드리(Foundry): 반도체 생산 전문 (예: TSMC, 삼성전자)
- 포토마스크: 회로 패턴 전사용 틀, EUV 공정 필수
- 패키징/테스트: 칩 완성 후 보호·검사 과정
📈 시장 동향
- AI, 자율주행, 5G 확산 → 주문형 반도체 수요 급증
- TSMC·삼성 3나노 초미세 공정 경쟁
- 미국·유럽: 반도체 공급망 강화 위해 현지 파운드리 유치
- 국내: 삼성전자, DB하이텍 등 주문형 반도체 생산 역량 확대
📌 요약 포인트
- 설계: 제품 성능·전력·크기 결정 → EDA 툴 활용
- 제조: 초미세 공정 장비 핵심 → ASML, Tokyo Electron
- 패키징·테스트: 수율·품질 최종 결정 → ASE, Amkor, Advantest
📱 애플 iPhone용 반도체 주문 사례
단계실제 사례 (애플 기준)관련 기업
| 1. 설계 (Design) | 애플이 A18 Bionic 칩 설계. CPU·GPU·AI엔진 구조, 전력 효율, 성능 목표 결정 | 애플 자체 설계팀 / ARM(설계 IP 라이선스) |
| 2. 설계 검증 (Verification) | EDA툴로 회로 시뮬레이션, 발열·전력 소모·연산 성능 검증 | Synopsys, Cadence |
| 3. 포토마스크 제작 (Photomask) | 완성된 회로 패턴을 EUV 포토마스크로 제작 | Toppan, DNP |
| 4. 웨이퍼 제조 (Fabrication) | 애플이 TSMC에 3나노 공정으로 생산 의뢰. ASML의 EUV 노광장비로 웨이퍼 가공 | TSMC / 장비: ASML, Tokyo Electron |
| 5. 패키징 (Packaging) | 완성된 칩을 작은 기판에 올리고, 기기 내부 연결이 가능하도록 3D 패키징 적용 | ASE, Amkor |
| 6. 테스트 (Testing) | 칩이 설계대로 작동하는지 속도·전력·불량률 검사 | Advantest, Teradyne |
🔍 애플의 주문형 반도체 특징
- 팹리스 모델: 애플은 반도체 생산 공장을 직접 운영하지 않음 → 설계만 담당
- TSMC 독점 생산: 아이폰용 칩은 거의 전량을 TSMC에서 위탁 생산
- 3나노 공정 도입: 더 낮은 전력 소모와 높은 성능 확보
- 패키징 혁신: 발열 분산·공간 절약을 위해 3D 패키징 기술 적극 사용
📈 이해 포인트
- 애플이 만든 설계도가 곧 반도체의 설계 DNA
- 생산(파운드리)은 TSMC, 장비는 ASML 등 글로벌 협력사들이 분담
- 이렇게 만들어진 칩이 아이폰 메인보드에 탑재되어 iOS와 함께 최적화됨
🏭 Complete Guide to the Custom Semiconductor Production Process
(Foundry Process & Key Players)
1. What is a Custom Semiconductor?
A custom semiconductor refers to a business model where a fabless company designs the chip without owning manufacturing facilities, and the actual production is outsourced to specialized manufacturers called foundries.
Leading examples include Apple, NVIDIA, and Qualcomm, which rely on foundries such as TSMC, Samsung Electronics Foundry, and GlobalFoundries for mass production.
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2. Overview of the Custom Semiconductor Production Process
The production process can be broadly divided into six stages:
- Design – Circuit design and IP (intellectual property) acquisition
- Verification – Functionality verification using simulation and EDA tools
- Photomask Creation – Producing the mask that transfers circuit patterns onto wafers
- Wafer Fabrication – Advanced processes like lithography, deposition, etching, ion implantation
- Packaging – Protecting the chip and connecting it to external circuits
- Testing – Performance checks and defect inspection before shipment
3. Step-by-Step Breakdown & Major Companies
📌 Step 1: Design
- Description: Creating the blueprint of the semiconductor, the “brain” of the chip.
Logic circuits, memory architecture, and interfaces are designed according to the product’s purpose (CPU, GPU, AI chip, etc.). - Tools: EDA (Electronic Design Automation) software
- Major Players: ARM (design IP), Synopsys, Cadence, Qualcomm, NVIDIA, Apple (in-house chip design)
💡 Tip: For fabless companies, this stage determines performance, power efficiency, and size—key factors in market competitiveness.
📌 Step 2: Verification
- Description: Simulating and modeling the design to ensure it works as intended.
- EDA Tools: Synopsys VCS, Cadence Virtuoso
- Major Players: Synopsys, Cadence, Siemens EDA
📌 Step 3: Photomask Creation
- Description: Creating the master mask used to transfer circuit patterns onto a silicon wafer via ultraviolet (UV) or extreme ultraviolet (EUV) light.
- Technical Challenge: EUV masks are essential for advanced nodes like 3nm and 5nm.
- Major Players: Photronics, Toppan, DNP (Dai Nippon Printing)
📌 Step 4: Wafer Fabrication
- Description: The core foundry process, where the semiconductor circuitry is built on the silicon wafer.
Key processes include lithography, deposition, etching, and ion implantation. - Major Equipment Suppliers: ASML (EUV lithography), Tokyo Electron (etching/cleaning), Lam Research (deposition/etching)
- Leading Foundries: TSMC, Samsung Electronics Foundry, UMC, GlobalFoundries
📌 Step 5: Packaging
- Description: Protecting the completed chip from physical damage and connecting it to other components or boards.
Advanced techniques like 3D packaging, TSV (Through-Silicon Via), and fan-out are used to enhance performance. - Major Players: ASE (Taiwan), Amkor Technology (US/Korea), Samsung Electronics, SK hynix System IC
📌 Step 6: Testing
- Description: Checking chip functionality, speed, power consumption, and durability.
Lower defect rates increase yield and reduce production costs. - Major Players: Advantest (Japan), Teradyne (US)
4. Market Trends in Custom Semiconductors
- AI, autonomous driving, and 5G are strengthening the fabless–foundry ecosystem
- Samsung and TSMC are competing in sub-3nm process technology
- The US is boosting supply chain stability by supporting TSMC’s Arizona plant and Samsung’s Texas plant
- In Korea, Samsung Electronics and DB HiTek are expanding their positions in the custom semiconductor market
5. Why It Matters
Custom semiconductors maximize efficiency and specialization by separating design from manufacturing.
Consumers get more powerful and efficient chips faster, while companies can compete globally without massive facility investments.
📌 Key Takeaways
- Fabless: Specializes in design (e.g., NVIDIA, Qualcomm)
- Foundry: Specializes in manufacturing (e.g., Samsung, TSMC)
- Equipment/Material Companies: ASML, Tokyo Electron
- Packaging/Testing: Amkor, ASE, Advantest
🏭 Summary Table – Custom Semiconductor Production (Foundry Process)
StepDescriptionMajor Companies/Tools
| 1. Design | Circuit design, IP acquisition | Fabless: NVIDIA, Qualcomm, Apple / EDA: Synopsys, Cadence |
| 2. Verification | Simulation, modeling, functionality check | Synopsys, Cadence, Siemens EDA |
| 3. Photomask | Master mask production (incl. EUV) | Photronics, Toppan, DNP |
| 4. Fabrication | Lithography, deposition, etching, ion implantation | Foundry: TSMC, Samsung, UMC / Equipment: ASML, Tokyo Electron, Lam Research |
| 5. Packaging | Protection & connection, 3D/fan-out packaging | ASE, Amkor, Samsung, SK hynix System IC |
| 6. Testing | Performance and defect check | Advantest, Teradyne |
🔍 Core Keywords
- Custom semiconductor (foundry): fabless design + foundry manufacturing
- Fabless: design without manufacturing facilities (e.g., NVIDIA, Qualcomm)
- Foundry: manufacturing specialist (e.g., TSMC, Samsung Electronics)
- Photomask: master mask for circuit patterning, essential for EUV
- Packaging/Testing: chip protection and quality assurance process
📈 Market Highlights
- AI, autonomous driving, 5G → demand surge for custom chips
- TSMC & Samsung → aggressive race in 3nm process technology
- US/EU → reshoring foundry capacity for supply chain security
- Korea → Samsung & DB HiTek increasing custom chip output
📌 Quick Points
- Design: determines performance, power, size → uses EDA tools
- Fabrication: advanced equipment critical → ASML, Tokyo Electron
- Packaging/Testing: final quality & yield → ASE, Amkor, Advantest
📱 Example: Apple’s Custom iPhone Chip Order
StepApple ExampleRelated Companies
| 1. Design | Apple designs the A18 Bionic chip: CPU, GPU, AI engine architecture, power efficiency, performance goals | Apple in-house design team / ARM (IP license) |
| 2. Verification | Simulation of heat, power, and performance using EDA tools | Synopsys, Cadence |
| 3. Photomask | EUV photomask created for the final circuit pattern | Toppan, DNP |
| 4. Fabrication | Apple contracts TSMC to produce on the 3nm process using ASML’s EUV lithography machines | TSMC / Equipment: ASML, Tokyo Electron |
| 5. Packaging | Chip mounted onto a small substrate with 3D packaging for better integration | ASE, Amkor |
| 6. Testing | Performance, power consumption, and defect inspection | Advantest, Teradyne |
🔍 Apple’s Custom Semiconductor Characteristics
- Fabless model: Apple handles only design, no manufacturing facilities
- Exclusive TSMC production: nearly all iPhone chips made by TSMC
- 3nm process adoption: improved performance and power efficiency
- Packaging innovation: uses 3D packaging to optimize space and heat dissipation
📈 Key Insights
- Apple’s blueprint = the DNA of the semiconductor
- Manufacturing is handled by TSMC; equipment by ASML and other global partners
- Final chip is mounted on the iPhone’s mainboard and optimized with iOS