반도체 공장 장비 안에서는 무슨 일이 일어날까? 눌러서 분해해 보고, 움직이는 모습 보기

반도체 공장의 장비는 밖에서 보면 모두 커다란 철제 상자다. fab24hr를 플레이하다 보면 ‘ETCH-03이 또 멈췄다’ ‘정전척 흡착이 안 된다’ 같은 말을 계속 듣게 되지만, 그 부품들이 어떻게 생겼는지, 웨이퍼 한 장이 장비 안에서 무엇을 거치는지는 상상하기 어렵다. 이번 업데이트로 장비를 분해해 볼 수 있게 되었고, 몇몇 장비는 움직이는 모습도 보여 준다.

‘분해해 보기’는 어떻게 열까?

게임에서 장비를 누르면 설명 카드 맨 위에 ‘분해해 보기’ 칸이 있고, 이를 누르면 그 장비의 3D 모델이 열린다.

• 열고 잠시 지나면 장비가 저절로 분해되고, 부품마다 번호가 하나씩 붙는다.
• 손가락으로 끌면 돌릴 수 있고, 두 손가락으로 확대·축소할 수 있다.
• 번호를 누르거나 첫 번째 부품부터 ‘다음’을 누르면, 부품마다 한두 문장의 쉬운 설명이 나온다. 설명 속 모르는 용어는 누르면 풀이가 나온다.
• 슬라이더를 ‘조립’ 쪽으로 되돌리면 부품이 날아가 제자리로 돌아간다.

양산 팹, R&D 라인, 서브팹, 후공정 공장에 모두 분해해 볼 수 있는 장비가 있다. 식각, 증착, 포토, 퍼니스, 세정, 연마, 이온 주입, 계측, 진공 펌프, 배기가스 처리, 그리고 후공정 공장의 웨이퍼 테스트, 다이싱, 와이어 본딩이다.

‘작동 보기’는 무엇을 보여 줄까?

몇몇 장비에는 ‘작동 보기’ 버튼이 하나 더 있다. 누르면 장비가 먼저 다시 조립된 뒤 한 단계씩 동작한다. 화면 위쪽에 지금 무엇을 하고 있는지 한 문장으로 나오고, 움직이는 부품에 불이 들어오며, 카메라가 그쪽으로 다가간다. 한 바퀴를 마치면 처음부터 다시 시작하고, ‘멈추기’를 누르면 원래 모습으로 돌아간다. 휴대폰이나 컴퓨터에 ‘동작 줄이기’가 설정되어 있으면, 한 단계씩 ‘다음’을 눌러 넘기는 방식으로 바뀐다.

식각 챔버: 플라즈마로 웨이퍼에 홈을 판다

웨이퍼가 옆면의 밸브를 통해 들어오면, 아래쪽의 리프트 핀이 받아서 정전척 위에 내려놓고 평평하게 흡착한다. 챔버를 먼저 진공으로 만든 뒤 식각용 가스를 넣고, 위쪽 코일에 고주파 전력을 걸면 가스가 빛을 내는 플라즈마로 바뀐다. 마지막으로 아래쪽 전극이 플라즈마 속의 이온을 아래로 끌어당겨 웨이퍼에 수직으로 부딪히게 하고, 깊고 곧은 홈을 판다.

포토 공정 한 바퀴: 회로를 웨이퍼에 ‘인쇄’한다

시작은 트랙(코터·디벨로퍼)이다. 포토레지스트를 웨이퍼 한가운데 떨어뜨리고 척을 빠르게 회전시켜 얇은 막으로 펴 바른 뒤 구워서 말린다. 다음으로 웨이퍼는 노광 장비로 보내진다. 먼저 웨이퍼 전체의 정렬 마크와 높낮이를 한 번 측정하고, 레이저가 깜빡이는 동안 포토마스크와 웨이퍼가 서로 반대 방향으로 함께 스캔하며 축소된 회로 패턴을 한 칸씩 찍어 나간다. 마지막으로 트랙으로 돌아와 한 번 더 굽고 현상액을 덮으면, 빛을 받은 포토레지스트가 녹아 회로 패턴이 나타난다(현상). 이 한 바퀴는 두 장비 사이를 저절로 오가며 진행된다.

화학적 기계 연마: 웨이퍼를 평평하게 간다

화학적 기계 연마에서는 웨이퍼를 뒤집어 앞면이 아래를 향하게 해서 간다. 연마 헤드가 진공으로 웨이퍼를 잡아 연마 패드에 눌러 대고, 패드 위에 슬러리를 떨어뜨리면서 플래튼과 연마 헤드가 함께 돌아 표면을 평평하게 간다. 옆에서는 컨디셔너가 패드를 오가며 긁고, 플래튼에 난 작은 창이 아래에서 웨이퍼를 보다가 목표까지 갈리면 멈춘다(엔드포인트 검출). 플래튼은 모두 세 개이며, 갈수록 더 곱게 간다. 연마가 끝나면 먼저 깨끗이 세정하고 회전시켜 말리며, 마른 웨이퍼만 장비 밖으로 나온다.

클러스터 툴: 웨이퍼 한 장이 들어가고 나오는 길

많은 장비는 공정 챔버가 하나가 아니라, 여러 챔버가 가운데의 트랜스퍼 챔버를 둘러싸고 있다. 로봇 팔이 웨이퍼 박스에서 한 장을 꺼내 먼저 한 바퀴 돌려 가장자리의 노치를 찾고, 로드락에 넣어 진공으로 만든다. 그다음 진공 속의 로봇 팔이 웨이퍼를 목적지 챔버로 옮기고, 공정이 끝나면 같은 길로 박스에 돌아온다. 식각 챔버나 증착 챔버를 열고 ‘이어서 보기’ 아래에서 누르면 볼 수 있다.

왜 이 기능을 만들었을까?

게임 속 스토리에는 장비 부품 이야기가 자주 나온다. 정전척 흡착이 안 된다, 연마 패드를 교체할 때가 됐다, 노광 장비가 트랙을 기다리고 있다. 예전에는 상상만 할 수 있었지만, 이제는 장비를 열어 그 부품이 어디에 있고 무슨 일을 하는지 볼 수 있다. 반도체를 미리 알 필요는 없다. 웨이퍼 한 장이 장비 안에서 무엇을 거치는지 보고 나서 다시 스토리를 보면, 다들 무엇 때문에 바쁜지 알 수 있다.

fab24hr에서는

fab24hr는 설치가 필요 없는 무료 웹 게임으로, 반도체 공장의 엔지니어 한 명이 되어 근무 하나를 보낼 수 있다. 장비 모델은 교과서 수준의 일반적인 모습으로 그렸으며, 모양, 비율, 세부는 모두 단순화했고 어느 회사의 장비도 아니다. 동작 순서는 공개된 교과서와 강의 자료를 따랐다. 게임 속 회사, 인물, 사건은 모두 가상이다. 실제와 다른 점을 발견하면 화면 위쪽의 벌레 아이콘을 누르거나 ‘제안, 사연, 문제 신고’에서 알려 주면 된다.