오늘 끝나면
반도체는 어떻게 만들어지나
- ✓모래에서 뽑은 실리콘이 웨이퍼가 되고, 그 위에 다이 수백 개가 찍히는 흐름을 설명할 수 있음
- ✓포토리소그래피로 빛이 회로 패턴을 새기는 과정을 사진 인화에 빗대 한 줄로 말할 수 있음
- ✓더 짧은 파장(EUV)이 더 가는 선을 그리는 이유와, 다이 크기·결함이 수율에 미치는 영향을 댈 수 있음
실습 미션
오른쪽에서 결함 밀도와 다이 크기를 바꿔 수율이 떨어지는 걸 보고, EUV를 켜서 수율이 회복되는 걸 확인함.
성공 조건
- □다이 크기를 키우면 빨강 다이가 늘고 수율%가 떨어지는 걸 확인함
- □결함 밀도를 올리면 불량 다이가 늘어 수율이 내려가는 걸 관찰함
- □EUV를 켜면 다이가 작아져 같은 웨이퍼에 더 많이, 더 살아남아 수율이 오르는 걸 확인함
웨이퍼 · 빛으로 새기기 · EUV · 수율
반도체는 어떻게 만들어지나
설계 도면을 실리콘 원판에 빛으로 새겨 실물 칩으로 찍어냄. 결함 맞은 다이는 버려지고, 양품 비율(수율)이 곧 돈임.
도면은 칩이 아니다 — 실리콘에 새겨야 한다
설계 도면은 그 자체로는 칩이 아님. 종이 위 그림일 뿐임.
칩의 바탕은 모래에서 뽑은 실리콘임. 녹여 굳혀 거대한 원기둥(잉곳)으로 키우고, 햄처럼 얇게 썰면 거울처럼 매끈한 원판이 나옴. 이게 웨이퍼임.
웨이퍼 한 장에 같은 칩(다이)이 수백~수천 개 들어감. 한 번에 통째로 찍어 단가를 낮추는 게 핵심임.
1958년 잭 킬비가 한 조각 위에 회로를 통째로 만든 뒤로, 칩 제조는 '부품 조립'이 아니라 '실리콘 위 인쇄'가 됨.
1/4 · 모래 (Sand)
규소(실리콘)를 모래에서 뽑음
빛으로 회로를 새긴다 — 포토리소그래피
웨이퍼 위에 회로를 옮기는 방법이 빛임. 사진 인화와 똑같은 원리임.
표면에 빛에 반응하는 약(포토레지스트)을 얇게 바름. 회로 도면이 그려진 마스크에 빛을 쏘면, 그 그림자가 웨이퍼에 그대로 찍힘.
빛 맞은 곳만 약이 변해 씻겨나가고, 드러난 자리를 깎거나(식각) 채움(증착). 빛으로 그림을 그리고 화학으로 깎는 한 사이클임.
이 노광–현상–식각을 수십~수백 층 반복해 입체 회로를 쌓음. 손은 한 번도 안 닿고, 빛과 화학만으로 머리카락보다 수만 배 가는 선을 그림.
1/4 · 도포
웨이퍼 위에 빛에 반응하는 약(포토레지스트)을 얇게 바름
선을 더 가늘게 — 파장과 EUV
회로를 더 잘게 새기려면 더 짧은 파장의 빛이 필요함. 파장이 길면 가는 선이 뭉개짐 — 굵은 붓으로 잔글씨 못 쓰는 것과 같음.
오래는 193nm 자외선을 썼고, 물에 통과시키고 같은 패턴을 두세 번 겹쳐 찍어 한계를 늘려왔음.
EUV(극자외선)는 파장 13.5nm짜리 빛임. 193nm보다 14배 짧아 한 번에 훨씬 가는 선을 그림.
EUV 노광기는 네덜란드 ASML이 사실상 독점함. 한 대 값이 수천억 원이고, TSMC·삼성이 이 장비로 최신 칩을 찍음. 미세화가 곧 성능·전력 경쟁력임.
아직 번짐이 남음. 더 짧은 EUV(13.5nm)로 끌면 선이 또렷해짐.
결함과 수율 — 양품 비율이 돈이다
웨이퍼 위 다이가 다 살아남지는 않음. 공정 중 먼지 한 톨, 흠집 하나가 다이를 망침.
결함 맞은 다이는 그대로 불량임. 수율은 만든 다이 중 양품의 비율임.
다이가 크면 결함을 끌어안을 확률이 올라 수율이 떨어짐. 큰 그물일수록 돌멩이를 더 잘 거르는 것과 같음.
같은 웨이퍼라도 수율이 낮으면 버린 칩값을 양품에 얹어야 함. 미세화로 다이를 줄이면 한 결함이 망치는 칩이 적어져 수율이 오름 — 그래서 수율 몇 %가 곧 수익임.
결함은 양쪽 다 6개로 같음. 그런데 큰 다이는 한 결함이 넓은 칸을 통째로 버려 수율이 낮음. 다이를 작게 새기면 결함 하나가 망치는 칸이 작아져 양품이 더 살아남음 — 그래서 수율 몇 %가 곧 돈임.
직접 웨이퍼 수율 돌려보기
오른쪽에서 결함 밀도와 다이 크기를 직접 움직여 수율%가 어떻게 변하는지 봄.
다이를 키우면 빨강(불량)이 늘고 수율이 떨어짐. 결함 밀도를 올려도 같음.
EUV를 켜면 같은 칩이 더 작게 새겨져 다이가 줄고, 결함 하나가 망치는 칩이 적어짐.
그 결과 같은 웨이퍼에서 더 많이, 더 살아남아 수율이 회복됨. 이게 미세화가 곧 돈인 이유임.
웨이퍼에 뿌려진 먼지·흠집 개수임. 많을수록 망가지는 다이도 늘어남.
칩 하나가 차지하는 면적임. 크면 결함을 끌어안을 확률이 올라 수율이 떨어짐.
다이를 키우거나 결함을 늘리면 빨강이 늘고 수율이 떨어짐. EUV를 켜서 미세화하면 회복됨. 수율이 곧 돈임.