반도체 공장은 왜 24시간 멈추지 않을까?

반도체 공장의 불은 꺼지는 법이 없다. 설 연휴에도, 태풍이 오는 날에도, 새벽 3시에도 클린룸에는 사람이 있고 장비는 돌아간다. 반도체 공장에서 일하는 사람들은 ‘교대 근무’, ‘야간 근무’, ‘2일 근무 2일 휴무’ 같은 말을 하고, 엔지니어는 ‘한밤중에 콜을 받았다’는 말도 한다. 반도체 공장은 왜 일반 공장처럼 밤이 되면 문을 닫고 퇴근할 수 없을까?

이유 1: 장비가 너무 비싸서, 놀리면 돈이 샌다

반도체 공장에는 매우 비싼 장비가 가득하다. 장비는 들여온 뒤로 쓰든 안 쓰든 매일 감가상각된다. 장비의 가치가 시간에 따라 나뉘어 비용으로 잡히고, 새 세대 공정이 나오면 장비도 점점 구식이 된다.

계산은 간단하다. 같은 투자로 하루 24시간 웨이퍼를 만들 때와 하루 8시간만 만들 때를 비교하면, 웨이퍼 한 장에 배분되는 장비 감가상각비는 약 3배 차이가 난다. 그래서 반도체 공장은 장비가 되도록 쉬지 않고 일하게 하는 것을 목표로 삼으며, 업계에서는 가동률 같은 지표로 장비가 쓸 수 있는 상태인 시간, 실제로 돌아가는 시간이 얼마나 되는지를 매일 지켜본다.

이유 2: 웨이퍼 한 장이 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 공정을 거친다

웨이퍼 한 장이 생산 라인에 투입되어 완성된 뒤 반도체 공장을 떠나기까지는 수백 단계를 거친다. 포토레지스트 도포, 노광, 식각, 박막 증착, 세정, 계측……을 거치며 한 층씩 쌓아 올린다. 전체 과정은 보통 몇 주에서 몇 달이 걸리고, 첨단 공정일수록 더 오래 걸리며, 그다음에야 후공정으로 넘어간다.

이는 어느 시점에서든 생산 라인 위에 수천, 수만 장의 웨이퍼가 저마다 다른 단계에 머물러 있다는 뜻이다. 이 웨이퍼들은 대부분의 시간을 사실 장비 앞에서 차례를 기다리며 보낸다. 밤마다 라인 전체를 멈춘다면 웨이퍼 한 장 한 장의 완성 시간이 더 늘어나고, 납품도 그만큼 뒤로 밀린다.

어떤 단계에는 시간 제한도 있는데, 이를 큐타임(Q-time)이라고 한다. 앞 공정이 끝나면 다음 공정을 정해진 시간 안에 진행해야 한다. 웨이퍼 표면을 너무 오래 두면 공기와 반응해 변질되기 때문이다. 이런 것은 내일 아침까지 기다릴 수 없다.

이유 3: 한 번 멈추면 다시 가동하기 어렵다

많은 장비는 스위치 한 번으로 멈추고, 다시 한 번 눌러 켤 수 있는 물건이 아니다.

• 고온 퍼니스: 아주 높은 온도까지 가열해야 한다. 승온과 냉각을 되풀이하면 퍼니스 자체가 손상되므로, 웨이퍼가 없을 때도 완전히 끄지 않고 비교적 따뜻한 상태로 대기시키는 경우가 많다.
• 진공 챔버: 많은 공정이 진공 속에서 진행된다. 챔버를 한 번 열어 공기에 닿게 하면, 다시 진공을 만들고 깨끗한지 확인하는 데 오랜 시간이 걸려야 웨이퍼를 다시 넣을 수 있다.
• 공정의 안정: 멈췄거나 수리한 장비는 먼저 테스트 웨이퍼를 돌려 결과가 정상인지 확인해야 제품을 다시 넣을 수 있다. 이를 테스트 런, 복구라고 한다.

공장 전체도 마찬가지다. 클린룸 공조, 초순수, 가스와 화학 물질 공급 시스템은 모두 24시간 돌아간다. 멈췄다가 다시 가동하는 것은 스위치를 켜는 일이 아니라, 모든 것을 처음부터 다시 확인하는 일이다.

그렇다면 왜 장비를 100% 꽉 채워 돌리지 않을까?

모순처럼 들리지만, 반도체 공장은 보통 가장 바쁜 장비라도 100%까지 일정을 채우지 않는다. 줄 서기와 같은 원리다. 계산대가 쉴 틈 없이 바빠질수록 줄은 점점 길어지고, 그것도 아주 빠르게 길어진다. 장비도 마찬가지다. 일정을 너무 꽉 채우면 웨이퍼의 대기 시간이 급격히 늘어나고, 작은 돌발 상황 하나(어떤 장비가 다운되거나, 어떤 로트를 다시 해야 하거나)만으로도 라인 전체가 막힌다. 그래서 24시간 가동하는 것은 장비를 꽉 채우기 위해서가 아니라, 웨이퍼가 계속 흘러가게 하기 위해서다.

교대 근무는 어떻게 짤까

공장에 24시간 사람이 있게 하면서도 한 사람이 계속 일하지 않게 하려면, 흔히 한 근무를 12시간으로 하고 네 조가 돌아가며 근무한다. 같은 날 한 조는 주간 근무, 한 조는 야간 근무를 하고, 나머지 두 조는 쉰다. 대만에서 흔히 듣는 ‘2일 근무 2일 휴무’, ‘4일 근무 4일 휴무’, ‘4조 2교대’가 바로 이런 방식을 가리키는 말이며, 세부 사항은 공장마다 다르다.

기술자와 제조부 사람들은 보통 이런 교대 근무에 들어간다. 엔지니어는 대부분 주간 근무를 하지만(장비 엔지니어나 인프라 엔지니어 중에는 교대 근무에 들어가는 사람도 있다), 돌아가며 온콜(on-call)을 맡는다. 한밤중에 장비에 문제가 생겨 판단이 필요하면, 그날 당번인 엔지니어에게 전화가 간다. 교대 근무와 야간 근무가 수면과 정신 건강에 미치는 영향은 산업 안전 연구에서 꾸준히 주목해 온 주제다. 이 때문에도 반도체 공장은 인수인계를 매우 중시한다. 다음 근무조는 앞 근무조가 남긴 일을 빈틈없이 이어받아야 한다.

fab24hr에서는

fab24hr의 ‘직장인의 하루’는 바로 이 점을 바탕으로 설계했다. 사이트를 연 시각에 따라 심야, 오전, 오후, 저녁 네 근무 가운데 하나로 들어간다. 심야 근무는 새벽 02:47에 걸려 온 전화 한 통으로 시작한다. 식각 장비 한 대가 다운되었고, 긴급 로트의 웨이퍼 한 장이 그 안에 갇혀 있다. 게임 속 회사, 인물, 로트 번호, 숫자는 모두 가상이다. 반도체 공장이 멈추지 않는 이유와 교대 근무를 짜는 방식은 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼다. 하루의 흐름을 시간순으로 보고 싶다면 ‘반도체 공장 엔지니어의 하루’를 읽어 보면 된다.