반도체 공정 순서 한눈에: 설계부터 패키징까지, 단계마다 어떤 회사가 있을까
반도체 공정 순서는 크게 ‘설계 → 웨이퍼 → 전공정 → 후공정(패키징·테스트)’ 네 덩어리로 나뉩니다. 이 글은 모래에서 시작한 실리콘이 엔비디아 GPU가 되어 데이터센터에 들어가기까지의 흐름을 한 장의 지도로 정리하고, 단계마다 TSMC·ASML·삼성전자·SK하이닉스·일본 소재 기업이 어디에 서 있는지 짚어 봅니다.
1편 공정 순서(지금) · 2편 미세공정 · 3편 HBM4·메모리 · 4편 패키징·기판 · 5편 데이터센터 랙
반도체는 ‘손톱 위에 지은 초소형 도시’
반도체 칩 안에는 전기를 켜고 끄는 아주 작은 스위치, 즉 트랜지스터가 빽빽하게 들어 있습니다. 엔비디아의 블랙웰 GPU 한 개에는 약 2,080억 개, 2026년 하반기부터 출하되는 루빈 GPU에는 약 3,360억 개가 들어 있다고 알려져 있습니다. 스위치 하나하나가 0과 1을 표현하고, 이 스위치 수천억 개가 동시에 켜지고 꺼지면서 계산을 합니다.
이 규모를 감 잡기 위해 반도체를 도시에 비유해 보겠습니다. 설계는 도시 설계도를 그리는 일, 웨이퍼는 도시를 지을 평평한 땅, 전공정은 그 땅 위에 건물과 도로와 전선을 짓는 일, 후공정은 완성된 도시를 잘라 포장하고 외부와 연결하는 일입니다. 다만 이 도시는 손톱만 한 면적에 지어지고, 도로 폭은 머리카락 굵기의 수만분의 일 수준입니다.
이 글에서 말하는 반도체 공정 순서는 업계에서 흔히 쓰는 큰 흐름입니다. 실제 공장 안에서는 같은 작업을 수십 번 반복하고, 제품마다 세부 순서가 다릅니다. 하지만 큰 줄기를 먼저 잡아 두면 뉴스에 나오는 ‘노광’, ‘HBM’, ‘CoWoS’ 같은 단어가 지도 위 어디쯤인지 바로 찾을 수 있습니다.
반도체 = 수천억 개의 스위치(트랜지스터)를 손톱만 한 실리콘 위에 새긴 것. 공정은 ‘설계 → 땅(웨이퍼) → 건설(전공정) → 포장(후공정)’ 순서다.
반도체 공정 순서 전체 지도: 6단계와 대표 회사
아래 표는 설계에서 데이터센터 설치까지를 여섯 단계로 나눈 지도입니다. 한 회사가 모든 단계를 하지 않고, 단계마다 전문 회사가 나뉘어 있다는 점이 핵심입니다.
| 단계 | 하는 일 | 쉬운 비유 | 대표 회사(예시) |
|---|---|---|---|
| ⓪ 설계 | 칩의 회로를 설계(팹리스), 설계 소프트웨어(EDA)와 설계 부품(IP) 사용 | 건축 설계사무소 | 엔비디아·AMD·애플·퀄컴 / EDA: 시놉시스·케이던스 / IP: Arm |
| ① 웨이퍼 | 고순도 실리콘 기둥(잉곳)을 얇게 썰어 지름 300mm 원판 제작 | 집 지을 땅 고르기 | 신에쓰화학·섬코(일본), 글로벌웨이퍼스(대만), 실트로닉(독일), SK실트론 |
| ② 전공정 | 웨이퍼 위에 트랜지스터와 배선을 새김(산화·노광·식각·증착 반복) | 건물·도로·전선 공사 | 파운드리: TSMC·삼성전자·인텔 / 메모리: SK하이닉스·삼성·마이크론·키옥시아 |
| ③ 웨이퍼 테스트 | 잘라 내기 전 칩 하나하나 전기 검사(EDS) | 준공 검사 | 어드반테스트(일본)·테라다인(미국) |
| ④ 후공정·패키징 | 웨이퍼를 칩으로 자르고, 기판에 붙이고, 보호 포장 | 포장과 배송 준비 | TSMC(CoWoS)·ASE·앰코 / 기판: 이비덴·신코·유니마이크론 |
| ⑤ 서버·랙 조립 | GPU·CPU·메모리를 보드에 얹어 서버와 랙으로 조립 | 입주와 인테리어 | 폭스콘·콴타·위스트론(대만), 슈퍼마이크로(미국) |
회사는 단계별 대표 예시이며 전체 목록이 아닙니다. 자료: 각 사 공개 자료, TrendForce, TechInsights 정리
여기서 두 가지 회사 유형을 구분해 두면 뉴스가 쉬워집니다. 엔비디아처럼 설계만 하고 공장이 없는 회사를 팹리스라고 하고, TSMC처럼 남의 설계도를 받아 대신 만들어 주는 회사를 파운드리라고 합니다. 삼성전자와 인텔은 설계와 생산을 모두 하는 종합 반도체 회사(IDM)이면서 파운드리 사업도 합니다. SK하이닉스와 키옥시아는 주로 메모리를 직접 설계하고 직접 만드는 회사입니다.
그리고 공장(팹)에 들어가는 장비와 소재를 공급하는 회사들이 따로 있습니다. 한국에서는 이들을 묶어 ‘소부장(소재·부품·장비)’이라고 부릅니다. 장비는 ASML(네덜란드), 어플라이드 머티어리얼즈·램리서치·KLA(미국), 도쿄일렉트론(일본)이 상위권이고, 소재에서는 일본 기업의 비중이 특히 큽니다.
전공정 8단계: 공장 안에서 일어나는 일
한국에서는 반도체 제조를 흔히 ‘반도체 8대 공정’으로 설명합니다. 웨이퍼 제조, 산화, 포토(노광), 식각, 증착·이온주입, 금속 배선, EDS(전기 검사), 패키징입니다. 이 가운데 산화부터 금속 배선까지가 공장 안에서 반복되는 핵심 구간입니다.
| 공정 | 하는 일 | 쉬운 비유 | 장비·소재 대표 회사 |
|---|---|---|---|
| 산화 | 웨이퍼 표면에 얇은 산화막(보호막)을 입힘 | 벽에 바탕칠 | 도쿄일렉트론·고쿠사이(열처리 장비) |
| 포토(노광) | 감광액을 바르고 빛으로 회로 무늬를 새김 | 필름 사진 인화 | ASML(노광기) / JSR·도쿄오카·신에쓰(감광액) / 도쿄일렉트론(도포·현상) |
| 식각 | 무늬대로 필요 없는 부분을 깎아 냄 | 조각칼로 판화 파기 | 램리서치·도쿄일렉트론·어플라이드 |
| 증착 | 원자 몇 겹 두께의 얇은 막을 쌓음 | 얇은 페인트 여러 번 칠하기 | 어플라이드·램리서치·도쿄일렉트론·ASM인터내셔널 |
| 이온주입 | 실리콘에 불순물을 넣어 전기 성질을 바꿈 | 땅에 비료 뿌리기 | 어플라이드·액셀리스 |
| 금속 배선 | 트랜지스터를 구리선으로 연결 | 전선·수도관 깔기 | 어플라이드·램리서치(도금) |
| 평탄화(CMP)·세정 | 울퉁불퉁한 면을 갈고 먼지를 씻어 냄 | 바닥 연마와 청소 | 어플라이드·에바라 / 스크린홀딩스(세정) |
| 검사·계측 | 단계마다 불량과 치수를 확인 | 공사 감리 | KLA·레이저텍(일본, EUV 마스크 검사) |
8대 공정은 국내 반도체 교육에서 널리 쓰는 분류이며 CMP·세정·계측은 이해를 돕기 위해 함께 적었습니다.
중요한 것은 이 과정이 한 번에 끝나지 않는다는 점입니다. 산화 → 노광 → 식각 → 증착 순서를 층마다 반복해, 트랜지스터 위에 배선 층을 10층 넘게 쌓아 올립니다. 그래서 웨이퍼 한 장이 공장에 들어가 완성되어 나오기까지 보통 몇 달이 걸립니다. SK하이닉스가 2026년 HBM4를 평소 4개월 걸리던 투입~출하 기간을 두 달 남짓으로 줄였다는 보도가 화제가 된 것도 그만큼 이 기간이 길기 때문입니다.
이 중 뉴스에 가장 자주 나오는 단계가 노광입니다. ‘회로를 그리는 펜’이 바로 노광기이고, 가장 미세한 회로를 그리는 EUV 노광기는 ASML 한 회사만 만듭니다. 노광과 미세공정, 2나노·3나노라는 숫자의 의미는 2편에서 자세히 다룹니다.
공장 안 핵심은 ‘바탕칠(산화) → 그리기(노광) → 깎기(식각) → 쌓기(증착)’의 반복. 장비는 미국·네덜란드·일본, 소재는 일본 비중이 크다.
지금 무슨 일이: 숫자로 보는 반도체 공급망
2026년 3분기 숫자를 보면 AI 수요가 공급망의 거의 모든 단계에 동시에 몰리고 있습니다. 설계(엔비디아)에서 시작된 주문이 생산(TSMC), 장비(ASML), 메모리(삼성전자·SK하이닉스)까지 차례로 실적을 끌어올리는 구조입니다.
| 회사·지표 | 숫자 | 기준 |
|---|---|---|
| TSMC 분기 매출 | 467억 달러(전년 대비 ▲41.2%) | 2026년 3분기 |
| TSMC 매출 중 3나노·2나노 비중 | 3나노 33%, 2나노 8%(웨이퍼 매출 기준) | 2026년 3분기 |
| TSMC 매출 중 HPC(AI·서버) 비중 | 68% | 2026년 3분기 |
| 파운드리 시장 점유율 | TSMC 72.5%, 삼성 5.9%, SMIC 5.4% | 2026년 2분기, TrendForce |
| ASML 분기 매출 | 117억 유로(사상 최대), 순이익 50억 유로 | 2026년 3분기 |
| 삼성전자 잠정 영업이익 | 107.4조 원(전년 대비 ▲782.5%) | 2026년 3분기 잠정 |
| 반도체 제조 장비 시장 | 1,362억 달러(▲13%) | 2025년, TechInsights |
자료: TSMC 3분기 실적 발표, TrendForce(2026.9.9), ASML 3분기 실적 발표(2026.10.14), 삼성전자 잠정실적(2026.10.8), TechInsights
특히 파운드리 점유율 숫자가 눈에 띕니다. 상위 10개 파운드리 매출 합계 약 535억 달러 가운데 TSMC 한 회사가 72.5%를 차지했습니다. 2위 삼성전자와의 차이는 열 배가 넘습니다. 첨단 AI 칩 주문이 대부분 TSMC로 가기 때문입니다. TSMC는 2026년 연간 매출 성장률 전망을 약 44%(달러 기준)로 올렸고, 2026년 설비투자 계획도 600억~640억 달러로 유지하면서, 2026~2028년 투자가 지난 3년보다 크게 늘어날 것이라고 밝혔습니다.
반도체 업종 주가가 이런 숫자에 크게 출렁이기 때문에, 반도체 지수를 몇 배로 추종하는 상품의 위험도 함께 알아 두면 좋습니다. 하루 변동이 큰 업종일수록 레버리지 ETF가 지수보다 더 크게 깎이는 음의 복리 원리가 강하게 작동합니다.
엔비디아 GPU는 어느 공정에서 만들어질까
이제 지도 위에 엔비디아 GPU 한 개를 올려 따라가 보겠습니다. 엔비디아는 공장이 없는 팹리스이므로, 실제로 손이 가는 곳은 대부분 다른 회사입니다.
| 순서 | 단계 | 누가 | 무엇을 |
|---|---|---|---|
| 1 | 설계 | 엔비디아(미국) | 시놉시스·케이던스 설계 소프트웨어로 GPU 회로 설계 |
| 2 | 웨이퍼 | 신에쓰화학·섬코 등 | 300mm 실리콘 원판 공급 |
| 3 | 전공정 | TSMC(대만) | 블랙웰은 4나노급(4NP), 루빈은 3나노 공정으로 GPU 다이 생산 |
| 4 | 메모리 | SK하이닉스·삼성전자·마이크론 | GPU 옆에 붙일 HBM(쌓은 D램) 생산 |
| 5 | 첨단 패키징 | TSMC(CoWoS) | GPU 다이와 HBM을 한 판 위에 묶고 기판에 연결 |
| 6 | 테스트 | 어드반테스트 등 장비 사용 | 완성된 칩 성능·불량 검사 |
| 7 | 서버·랙 | 폭스콘·콴타·위스트론 등 | GPU 72개를 담는 랙으로 조립해 데이터센터로 출하 |
블랙웰·루빈 공정 정보: 엔비디아 발표 및 업계 자료. 메모리 공급사는 2026년 6월 엔비디아 확인 기준.
이 표를 보면 ‘엔비디아 주가가 오르면 왜 한국·대만·일본 반도체 회사들이 같이 움직이는지’가 보입니다. 엔비디아 GPU 한 개가 나오려면 대만의 공장, 한국의 메모리, 일본의 소재와 테스트 장비, 네덜란드의 노광기가 모두 필요하기 때문입니다. 같은 흐름이 로봇·자율주행처럼 칩을 쓰는 산업 전체로 번지면서 피지컬 AI 관련 기업들의 시가총액에도 반영되고 있습니다.
앞으로 이 지도에서 지켜볼 지점은 세 가지입니다.
- ▸ 기본: AI 투자가 이어지며 TSMC 2나노와 첨단 패키징, HBM4 생산능력이 계속 늘어남. 확인 신호는 TSMC 분기 가이던스와 설비투자 계획.
- ▸ 낙관: 삼성전자·인텔 파운드리가 큰 고객을 늘려 공급망이 대만 한 곳에 덜 몰림. 확인 신호는 삼성 테일러 공장 양산 일정(2027년 하반기 목표).
- ▸ 비관: 데이터센터 투자 속도가 꺾이거나 수출 통제·지정학 충돌로 특정 단계가 막힘. 확인 신호는 빅테크 설비투자 전망 하향과 장비 수주 감소.
반대 의견과 주의할 점
이 지도는 이해를 돕기 위한 단순화입니다. 실제로는 한 회사가 여러 단계에 걸쳐 있습니다. TSMC는 전공정과 첨단 패키징을 함께 하고, 삼성전자는 설계·메모리·파운드리·패키징을 모두 합니다. 또 ‘대표 회사’로 적은 기업이 해당 단계의 유일한 공급자는 아니며, 점유율은 조사 기관과 시점마다 다르게 나옵니다.
또 하나, 공급망 숫자가 좋다고 해서 각 회사 주가가 같이 오른다는 보장은 없습니다. 이미 기대가 주가에 반영되어 있거나, 한 단계에서 병목이 풀리면 그 단계 회사의 가격 협상력이 약해질 수 있습니다. 지도는 ‘누가 어디에 있는지’를 보여 줄 뿐, ‘누가 오를지’를 알려 주지 않습니다.
🗒️ 한 장 요약
| 개념 | 한 줄 정리 |
|---|---|
| 반도체 공정 순서 | 설계 → 웨이퍼 → 전공정 → 웨이퍼 테스트 → 패키징 → 서버·랙 조립 |
| 팹리스 | 설계만 하는 회사(엔비디아·AMD·애플) |
| 파운드리 | 남의 설계로 대신 만들어 주는 회사(TSMC 점유율 72.5%) |
| 전공정 핵심 | 산화·노광·식각·증착을 층마다 반복, 완성까지 수개월 |
| 소부장 | 장비는 ASML·미국·일본, 감광액·웨이퍼 등 소재는 일본 비중이 큼 |
| 엔비디아 GPU | 설계는 엔비디아, 생산·패키징은 TSMC, 메모리는 한국·미국 3사 |
함께 알면 좋은 용어
- 트랜지스터 — 전기를 켜고 끄는 초소형 스위치. 칩 성능은 이 수와 속도로 결정된다.
- 웨이퍼 — 실리콘을 얇게 썬 원판. 지름 300mm가 표준이며 여기서 칩 수백 개가 나온다.
- EDS — Electrical Die Sorting. 웨이퍼 상태에서 칩마다 전기 검사를 해 불량을 골라내는 단계.
자주 묻는 질문
Q1. 반도체 공정 순서를 가장 간단히 말하면?
설계 → 웨이퍼 → 전공정(회로 새기기) → 후공정(자르고 포장·검사)입니다. 이후 서버·랙으로 조립되어 데이터센터에 들어갑니다.
Q2. 엔비디아는 반도체를 직접 만드나요?
아닙니다. 엔비디아는 설계만 하는 팹리스이고, GPU 생산과 첨단 패키징은 주로 TSMC가, HBM 메모리는 SK하이닉스·삼성전자·마이크론이 맡습니다.
Q3. 소부장은 무엇인가요?
소재·부품·장비의 줄임말입니다. 반도체 공장에 들어가는 노광기·식각 장비, 감광액·웨이퍼 같은 재료를 공급하는 산업을 말합니다.
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📚 시리즈 「반도체 A to Z」 전 5편
공정 순서부터 AI 데이터센터 랙까지
참고 자료
- TSMC 2026년 3분기 실적 발표 콜 전문(The Motley Fool)
- TrendForce: 2026년 2분기 파운드리 순위
- ASML 2026년 3분기 실적 발표(SEC 6-K)
- TechInsights: 2025년 반도체 장비 업체 순위
- Korea Times: 삼성전자 3분기 잠정실적
2026년 10월 22일 기준 공개 자료를 바탕으로 정리했습니다. 보도·추정치는 본문에 따로 표시했습니다. 정보 제공용이며 투자 권유가 아닙니다.