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왜 한국은 대만에 추월 당할까? (23)

- MPC가 대안이 될 수 있다.

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글을 쓰고 보니 지루한 반도체 제작과정 이야기이다. 이런 이야기를 왜 알아야 하는지 애매 하지만 우리가 시스템 반도체 산업을 이해 한다면 이게 별나라 이야기가 아니고 상당히 우리 삶에 친숙한 기술 이라는 것을 알게 되는 것도 좋지 않을까?

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세상의 여러지식을 알면 전문가들이 무슨 말들을 할때 대충 알아들을 수 있다. TSMC 는 대만 수출의 15%, 반도체를 사용한 전체 전자관련 파생산업의 60% 를 만들어 낸다고 한다. 대만 전체가 TSMC 하나로 1인당 국민소득 기준 우리나라를 앞섰다. 반도체 산업의 골격을 아는것도 필요하지 않을까 해서 MPC 개념을 이해하기 위해 MPW 부터 설명하고 반도체 제작 프로세스를 설명한다. 반도체가 대한민국 경제의 살길 이라면 그 산업에 관련된 전문가가 대만으로 비유하면 열명중 여섯명 이라는 말이다. 상당히 많은 사람들이 이 비지니스로 먹고살고 있다는 것이라 알아 두는게 좋겠다.

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- 지루한 반도체 제작과정 이야기

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반도체 웨이퍼가 웨이퍼 직경, 지름 12인치인 경우 12*25.4 mm 를 곱하면 약 300mm 가 나오게 된다. 12인치 웨이퍼는 8인치 웨이퍼에 비해서 2.25배 면적이 넓다.

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자료를 보니 TSMC 는 월간 8인치 기준 54만장 UMC 가 34만장을 생산할 수 있다. 그럼 대만에서 월간 약 90만장 연간 반도체용 웨이퍼 천만장을 생산할 수 있다. 한국도 삼성 동부 SK반도체 합치면 연간 칠백만장 가깝게 생산할 수 있다. 웨이퍼 산출양이 그런 것이고 매출액으로 따져보면 웨이퍼 가격은 미세공정이 주력임에도 불구하고 전체 매출액은 1/3도 안된다. 비유하자면 우리나라는 에쿠스 같은 차를 아반테 가격에 판매하고 있다는 뜻이다.

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8인치 웨이퍼 한장이 324제곱 센티미터이니 가로세로 면적으로 보면 10mm 인 칩이 324개 들어간다. 둥근 웨이퍼라서 사각형 칩이 엣지 부분에서 몇개 로스가 발생할 것이다.

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MPW는 Multi Project Wafer 로 한장의 웨이퍼에 여러개의 프로젝트가 탑재된다고 했다. 그럼 통상적인 테스트 칩 사이즈인 가로세로 5*5mm 인 칩을 테스트 한다면 8인치 웨이퍼 한 장에서 324/(0.5*0.5) = 1,294 개의 칩을 만드니 한장의 웨이퍼에 1,294개의 각각 다른 칩을 만들 수 있을까?

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즉 웨이퍼 한장에 각각 다른 회사의 프로젝트로 채우면 1,294개의 각각 다른 종류의 칩을 만들 수 있냐는 질문이다. 그럴것 같지만 실제로는 그렇지 않다.

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EUV 등으로 유명한 ASML의 노광장비는 저런 웨이퍼에 빛을 이용해 회로 그림을 그리는 장비다. 저 빛의 파장이 짧으면 미세하게 회로를 그릴 수 있다. 빛을 레이져 같은것으로 쏘아서 회로그림을 그리는것이 아니고 라이트 같은 빛을 사진 건판 같은것을 투과시켜 회로 그림을 그린다. 사진 건판을 포토마스크 라고 하는데 일본에서 아베가 4년전에 수출금지 해서 유명했던 재료가 저런 미세 공정용 포토마스크 였다.

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포토마스크는 가로세로 20센티 정도에 유리창에 회로그림을 그리고 빛을 투과하면 검은색은 빛을 통과하지 않고 투명한 부분만 빛을 투과해서 웨이퍼의 감광 물질에 빛과 반응해서 굳어지거나 강산성 물질에 씻겨 가는 차이를 만든다. 이런 산성 물질이 플루오르 라는 7족 원소를 사용한다. 이것이 그 유명한 일본에서 수출을 금지했던 불화수소, HF 였다.

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이 강산성 물질이 빛을 쏘여준 부분, 혹은 쏘이지 않은 부분과 선택적으로 반응해서 웨이퍼를 깍고 위에 알루미늄이나 구리층을 입히고 등등의 과정을 거쳐서 회로 그림을 그린다. 이런 작업을 한번만 하는것이 아니고 공정에 따라서 18회 혹은 40회 가까이 반복한다. 이런 작업은 필수적으로 회당 작업시간이 1.2일에서 3일씩 시간이 소요된다. 그래서 웨이퍼 투입에서 출력까지 60일이 걸리는 매우 긴 공수가 투입된다.

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저 포토마스크를 1:1 비율로 웨이퍼에 투과하는 것이 아니고 10:1 정도의 비율로 축소한다. 정확한 비율은 내가 공정전문가가 아니어서 잘 모른다. 그럼 가로세로 200mm 의 건판이 웨이퍼가 닫는 면적 에서는 20mm 로 줄어든다. 이렇게 축소하는 이유는 미세 공정을 형성하가 위해서이다. 비유 하자면 풍선에 볼펜으로 그림을 그리고 풍선의 바람을 빼면 고무위에 정밀한 그림이 그려지는 것과 같은 원리다.

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이런 포토마