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반도체 입문: 칩의 일생 따라가기

반도체를 처음부터 알고 싶은 사람에게

칩 하나의 일생을 따라가는 무료 커리큘럼이다. 반도체 산업이 하는 일에서 출발해, 팹에서 칩을 한 층씩 만드는 방법과 제대로 만들었는지 확인하는 방법을 거쳐, 팹에서 일하는 사람들과 미래까지 이어진다. 강마다 쉽게 풀어 쓴 글 한 편 이상, 게임 fab24hr의 챕터나 근무 하나, 정답이 없는 토론 질문이 있다. 팹과 패키징·테스트를 다루는 강의에는 대개 분해해 볼 수 있는 3D 장비도 있다. 설치도 로그인도 필요 없고, 휴대폰으로 읽고 플레이할 수 있다.

제1부: 반도체가 하는 일

  1. 1반도체와 칩이란 무엇인가
  2. 2트랜지스터: 백억 개가 넘는 스위치
  3. 3반도체 밸류체인: 상류·중류·하류의 역할과 협력

제2부: 칩이 태어나기 전

  1. 4요구 사항과 사양, IC 설계
  2. 5포토마스크와 테이프아웃: 설계가 마스크 세트가 되기까지

제3부: 팹 안에서

  1. 6웨이퍼와 클린룸
  2. 7칩 제조 과정: 공정 흐름 개관
  3. 8세정: 공정 단계 사이에 웨이퍼를 깨끗이
  4. 9퍼니스: 고온 산화와 어닐링
  5. 10박막: 한 층씩 쌓아 올리기
  6. 11포토리소그래피: 패턴을 찍어 내는 공정
  7. 12식각: 패턴대로 깎아 내기
  8. 13도핑: 이온 주입과 어닐링
  9. 14배선과 연마: CMP와 층층이 쌓는 금속
  10. 15공정 통합: 수백 단계를 하나의 흐름으로 엮기
  11. 1624시간 멈추지 않는 공장

제4부: 제대로 만들었는지 아는 법

  1. 17계측과 검사: 무엇을, 몇 장이나 재는가
  2. 18관리도와 일상 모니터링
  3. 19수율과 웨이퍼 맵
  4. 20이상 발생 대응: 알람에서 재발 방지까지

제5부: 웨이퍼를 다 만든 뒤

  1. 21패키징과 테스트
  2. 22신뢰성, 출하, 그리고 제품 속으로

제6부: 사람과 협업

  1. 23팹의 사람들: 분업, 교대 근무, 커리어
  2. 24R&D에서 양산까지: 누가 먼저 하고, 어떻게 넘기는가

제7부: 미래

  1. 25트랜지스터는 얼마나 더 작아질 수 있는가: ‘몇 나노’에서 ‘옹스트롬 시대’까지
  2. 26첨단 패키징과 신소재: 미세화만이 답은 아니다
  3. 27반도체 뉴스 제대로 읽기

제1부: 반도체가 하는 일

칩이란 무엇인지, 그 안에 많게는 백억 개가 넘게 들어 있는 스위치가 무엇을 하는지, 그리고 상류부터 하류까지 산업의 각 부분이 무엇을 하고 어떻게 협력하는지 다룬다.

1강반도체와 칩이란 무엇인가

‘반도체’라는 말은 흔히 한 가지 재료와 하나의 산업 전체를 동시에 가리킨다. 먼저 가장 자주 뒤섞이는 말들, 곧 반도체, 웨이퍼, 칩, 집적회로부터 구분해 두자.

학습 목표

생각해 보기

  1. 내 주변에서 칩이 들어 있는 물건에는 무엇이 있을까? 내일 전 세계의 칩이 절반으로 줄어든다면, 나의 하루는 어디에서 가장 먼저 막힐까?
  2. 칩 하나는 한 회사가 처음부터 끝까지 만드는 것이 아니라 여러 종류의 회사가 나누어 완성한다. 이렇게 분업하면 어떤 이점이 있고, 어떤 위험이 있을까?

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2강트랜지스터: 백억 개가 넘는 스위치

칩이 계산하고 기억할 수 있는 것은 전기로 제어하는 수많은 작은 스위치 덕분이다. 휴대폰 칩 하나에만 이런 스위치가 백억 개 넘게 들어 있다. 이번 강에서는 스위치 하나에서 출발해 프로세서와 메모리까지 다룬다.

학습 목표

생각해 보기

  1. 휴대폰을 쓰지 않고 그냥 두어도 배터리는 조금씩 닳는다. 그 전기는 어디로 갔을까? 이번 강에서 읽은 내용으로 설명해 보자.
  2. 어떤 메모리는 전원이 끊기면 내용을 잊고, 어떤 메모리는 전원이 끊겨도 기억한다. 휴대폰에는 왜 두 가지가 다 필요할까? 일상에서도 비슷한 분업을 찾을 수 있을까?

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3강반도체 밸류체인: 상류·중류·하류의 역할과 협력

칩 하나는 재료, 설계, 포토마스크, 팹, 후공정을 거쳐 휴대폰에 들어가기까지 여러 회사를 거치는 경우가 많다. 먼저 각 단계가 무엇을 하는지, 왜 다른 회사가 맡는 경우가 많은지 살펴본 다음, 주문 하나를 따라 공정 선택부터 웨이퍼를 후공정 업체로 보내기까지 차례로 짚어 본다.

학습 목표

생각해 보기

  1. 파운드리는 서로 경쟁하는 여러 회사의 칩을 동시에 만드는 경우가 많다. 작은 설계 회사를 차렸다면, 가장 값진 설계를 넘기기 전에 무엇을 먼저 분명히 물어 두고 싶을까?
  2. 처음 칩을 만들 때는 먼저 셔틀(MPW)을 탈 수도 있고, 곧바로 자기만의 포토마스크 한 세트를 만들 수도 있다. 직접 결정한다면 무엇을 따져 보겠는가? 두 방식은 각각 무엇을 대가로 치러야 할까?

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제2부: 칩이 태어나기 전

칩 하나가 팹에 들어가기 전에, 어떤 요구에서 출발해 설계가 되고 포토마스크 제작으로 넘겨지기까지를 다룬다.

4강요구 사항과 사양, IC 설계

칩은 팹에 들어가기 전에 컴퓨터에서 설계를 모두 마치고 여러 번 검사한다. 큰 칩에는 트랜지스터가 100억 개 넘게 들어가 사람이 다 그릴 수도, 다 확인할 수도 없으므로 모든 단계를 설계 소프트웨어에 의존하며, 일부 블록은 사 오기도 한다. ‘무엇을 만들 것인가’에서 설계도를 넘기기까지, 모든 단계는 테이프아웃 뒤에야 오류를 발견하는 일을 막기 위한 것이다.

학습 목표

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  1. 보청기를 만드는 작은 회사가 처음으로 칩을 직접 설계한다. 마이크가 받은 소리를 숫자로 바꾸는 아날로그 회로, 칩 전체에 박자를 맞춰 주는 클록 회로는 직접 그릴 수도 있고 이미 만들어진 IP를 살 수도 있다. 무엇을 직접 만들고 무엇을 살지 어떻게 정하겠는가? 사기 전에 판매자에게 무엇을 먼저 묻겠는가?
  2. 검증에는 많은 인력과 시간이 든다. 그렇다고 덜 하면 테이프아웃 뒤에야 오류를 발견할까 걱정이다. 일정이 빠듯하다면 ‘이 정도 확인했으면 충분하다’는 판단을 어떻게 내리겠는가?

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5강포토마스크와 테이프아웃: 설계가 마스크 세트가 되기까지

검증을 마친 설계를 팹에 넘기는 것을 테이프아웃이라고 하며, 그 뒤에 고치려면 마스크를 다시 만들어야 한다. 설계도를 그대로 찍을 수도 없어서, 먼저 보정한 뒤 마스크 한 세트로 만든다. 마스크는 노광의 원판이어서, 그 위에 찍힐 만한 점 하나, 작은 오차 하나가 모든 웨이퍼의 모든 샷에 그대로 찍힌다. 그래서 극도로 정밀하게 그리고, 극도로 꼼꼼하게 검사해야 한다.

학습 목표

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  1. OPC를 세밀하게 할수록 마스크 데이터가 커지고 제작 기간도 길어지며 비싸진다. 검증 조건이 많을수록 컴퓨터 계산도 오래 걸린다. 하지만 가장 이상적인 조건에서만 맞는 패턴은 양산에서 문제를 일으킬 수 있다. 테이프아웃 일정이 촉박하다면 어떤 층, 어떤 부분에 시간을 쓰겠는가? 그 이유는 무엇인가?
  2. 마스크의 점 하나는 모든 샷에 찍히므로, 마스크는 일정 기간 쓰면 내려서 검사해야 한다. 너무 자주 검사하면 마스크를 쓸 수 없는 시간이 늘고, 너무 드물게 검사하면 문제가 커진 뒤에야 발견할 수 있다. 직접 정한다면 어떻게 균형을 잡겠는가? 무엇을 보겠는가?

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제3부: 팹 안에서

웨이퍼가 팹 안에서 한 단계씩 칩이 되어 가는 과정. 단계마다 무엇을 하고, 왜 그렇게 하며, 그렇게 하지 않으면 어떻게 되는지 다룬다.

6강웨이퍼와 클린룸

칩은 둥근 실리콘 웨이퍼 위에 만들며, 그것도 극도로 깨끗한 클린룸 안에서 만든다. 웨이퍼는 모래에서 어떻게 만들어질까? 왜 둥글고, 왜 점점 커질까? 클린룸은 얼마나 깨끗해야 할까?

학습 목표

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  1. 팹은 물과 전기를 많이 쓰고, 경제에도 매우 중요하다. 팹 근처에 산다면 어떤 점이 신경 쓰일까? 공장 측에 무엇을 설명해 달라고 요청하고 싶을까?
  2. 이 규칙들 가운데 가장 쉽게 생략될 것 같은 것은 무엇인가? 신입을 데리고 클린룸에 들어간다면, 어떻게 설명해야 그 사람이 기꺼이 따르겠는가?

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7강칩 제조 과정: 공정 흐름 개관

웨이퍼 한 장은 팹 안에서 수백 단계를 거치며 몇 달을 보낸다. 먼저 전체 지도를 보고, 이어지는 강에서 구역별로 자세히 살펴본다.

학습 목표

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  1. 칩은 왜 한 번에 완성하지 않고 ‘막 입히기, 패턴 찍기, 식각’을 한 층씩 되풀이할까? 집 짓기나 다른 일상의 예로 설명해 보자.
  2. 웨이퍼 한 장이 완성되기까지 몇 달이 걸린다. 이렇게 긴 흐름에서 가장 큰 위험은 어디에 있다고 생각하는가? 어떻게 하면 일찍 발견할 수 있을까?

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8강세정: 공정 단계 사이에 웨이퍼를 깨끗이

웨이퍼는 공정 단계를 하나 마칠 때마다 표면에 눈에 보이지 않는 것이 남고, 다음 단계는 표면이 깨끗하지 않은 것을 가장 꺼린다. 세정은 전체 공정 흐름에서 가장 많이 반복되는 단계 가운데 하나다. 덜 씻으면 다음 층이 제대로 자라지 않고, 지나치게 씻으면 깎여 나간 것을 되돌릴 수 없다.

학습 목표

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  1. 배치식은 한 번에 많은 웨이퍼를 씻고, 매엽식은 한 번에 한 장씩 씻어 앞 웨이퍼의 오염을 다음 웨이퍼로 옮길 가능성이 낮다. 어떤 단계에 어느 방식을 쓸지 직접 정한다면, 어떤 질문부터 하겠는가?
  2. 세정을 마친 웨이퍼에는 시간 제한이 있지만, 다음 공정의 장비가 마침 다운되었거나 PM 중이거나, 앞에 긴급 로트가 잔뜩 밀려 있을 수 있다. 다음 로트를 지금 세정해야 하는가? 각 선택에는 어떤 대가가 따르는가?

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9강퍼니스: 고온 산화와 어닐링

많은 공정에서 트랜지스터 게이트 아래의 아주 얇은 절연층은 퍼니스에서 고온으로 성장시킨다. 주입한 원자도 가열을 거쳐야 비로소 전도에 기여하기 시작한다. 하지만 가열할 때마다 앞서 만든 구조가 조금씩 더 움직이므로, 열은 처음부터 끝까지 따져야 한다.

학습 목표

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  1. 한 런에 백 장 넘게 넣어 함께 처리하면 효율적이지만, 그 런이 잘못되면 손실도 크다. 생활이나 일에서 언제 ‘한 번에 많이’를 고르고, 언제 차라리 ‘한 번에 하나씩’을 고르겠는가? 그 이유는 무엇인가?
  2. 런 하나가 공정 도중에 멈췄다. 그 단계를 처음부터 다시 돌리면 열 예산을 한 단계만큼 더 쓰게 된다. 일단 막아 두고 모니터 웨이퍼를 측정한 뒤 남은 부분만 보충하면 시간이 더 든다. 직접 결정한다면 무엇을 먼저 알고 싶은가?

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10강박막: 한 층씩 쌓아 올리기

칩은 거의 모든 층이 새 재료를 한 층 까는 데서 시작한다. 그래야 그 뒤에 패턴을 찍고 식각할 대상이 생긴다. 막의 두께, 균일도, 청정도는 식각과 연마, 그리고 다음 층의 포토 공정까지 줄곧 영향을 미친다.

학습 목표

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  1. 막의 ‘두께’와 ‘균일도’ 가운데 어느 쪽이 관리하기 더 어렵다고 생각하는가? 가운데가 두껍고 가장자리가 얇다면 뒤의 공정에서 어떤 문제가 생길 수 있을까?
  2. 막이 조금 두껍거나 얇으면 다음 공정인 CMP의 연마 결과도 따라 바뀐다. 박막 엔지니어라면 다음 공정에서 묻기 전에 무엇을 먼저 알려 주겠는가? 그 이유는 무엇인가?

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11강포토리소그래피: 패턴을 찍어 내는 공정

포토리소그래피(포토)는 칩의 패턴을 얼마나 미세하게 만들 수 있는지를 결정한다. 가장 정밀한 공정 가운데 하나이며, 최첨단 노광 장비는 값도 매우 비싸다.

학습 목표

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  1. 다음 층을 찍기 전에는 먼저 이전 층에 정렬해야 하며, 조금만 어긋나도 웨이퍼 한 장 전체를 못 쓰게 될 수 있다. 일상에서도 ‘이전 층에 맞춰야 하는’ 일에는 무엇이 있을까? 어긋나면 어떻게 되고, 제대로 맞췄는지는 어떻게 확인하는가?
  2. 최첨단 노광 장비는 매우 비싸다. 장비가 이 정도로 비싸다면 칩의 가격에, 그리고 누가 최첨단 칩을 만들 여력이 있는지에 어떤 영향을 줄까?

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12강식각: 패턴대로 깎아 내기

포토 공정은 포토레지스트에 패턴을 찍을 뿐, 그 아래 재료는 아직 조금도 건드리지 않았다. 패턴을 실제로 웨이퍼에 새기는 것은 식각이며, 잘못 깎으면 되돌리기 어렵다.

학습 목표

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  1. 엔드포인트 검출이 다 깎았다고 알려도 장비는 조금 더 식각한다. 너무 짧으면 일부 홀이 뚫리지 않고, 너무 길면 아래층이 손상된다. 얼마나 더 깎을지 직접 정한다면 어떤 데이터부터 보겠는가?
  2. 한밤중에 장비에 문제가 생겨 웨이퍼 한 장이 식각 도중에 안에 갇혔다. 정보를 더 모은 뒤 결정하는 것과 먼저 손을 써서 처리하는 것은 각각 어떤 대가를 치르는가? (챕터 6을 플레이한 뒤 생각해 보자)

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13강도핑: 이온 주입과 어닐링

아주 순수한 실리콘은 전기가 거의 통하지 않는다. 칩에 필요한 것은 ‘이 작은 영역은 전기가 통하고, 바로 옆 영역은 통하지 않는’ 구조이므로, 다른 원자를 아주 조금, 정확한 위치에 정확한 깊이로 넣어야 한다.

학습 목표

생각해 보기

  1. 잘못 주입된 웨이퍼는 겉모습이 똑같아서 한참 뒤에야 발견되는 경우가 많다. 로트를 장비에 넣기 전에 한 줄씩 대조하는 사람이 나라면, 빠뜨리지 않으려고 어떤 방법을 쓰겠는가? 누가 한 번 더 확인해 주어야 하는가?
  2. 어닐링은 충분히 해야 하지만 너무 오래 해서도 안 된다. ‘조금 더 하는 편이 안전하다’와 ‘너무 많이 하면 오히려 망친다’가 동시에 성립할 때, 어디서 멈출지 어떻게 정하겠는가?

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14강배선과 연마: CMP와 층층이 쌓는 금속

트랜지스터는 여러 층의 금속 배선으로 연결해야 쓸모가 있다. 배선용 홈을 어떻게 파고, 구리를 어떻게 채우고, 어떻게 평탄하게 연마하는지가 전기가 제대로 통하는지, 칩이 얼마나 빠르게 동작하는지를 결정한다.

학습 목표

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  1. 연마 패드는 오래 쓰면 미끄러워져서, 같은 시간에 갈리는 양이 점점 줄어든다. 지금 2시간 멈추고 패드를 교체하는 것과, 우선 연마 시간을 늘려 버티는 것은 각각 어떤 대가가 있는가? 누가 영향을 받는가?
  2. 앞 공정에서 증착한 막이 조금 두껍게 나왔지만 아직 규격 안에 있다. 그러면 다음 공정인 CMP의 연마 결과도 따라 달라진다. 두 공정 사이에서 누가 먼저 알아채야 하는가? 누가 먼저 말을 꺼내야 하는가?

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15강공정 통합: 수백 단계를 하나의 흐름으로 엮기

모든 공정 단계를 제대로 해도 칩이 동작한다는 보장은 없다. 수백 개의 단계를 하나의 공정 흐름으로 배열해야 하고, 단계와 단계 사이의 영향은 누군가 처음부터 끝까지 지켜봐야 한다.

학습 목표

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  1. 조건 하나를 바꾸면 이 단계는 좋아지지만, 뒤의 어떤 단계는 나빠질 수 있다. 바꿀지 말지는 누가 결정할 권한을 가져야 하는가? 결정하기 전에 어떤 데이터를 먼저 봐야 하는가?
  2. 다음 단계의 장비가 갑자기 멈췄고, 한 로트의 큐타임 카운트다운이 진행 중이다. 장비 수리를 기다리는 것과 앞 단계를 다시 하는 것은 각각 어떤 대가가 있는가?

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16강24시간 멈추지 않는 공장

팹은 불을 끄지 않는다. 웨이퍼는 밀폐 용기에 담겨 천장의 레일을 따라 이동하고, 어떤 공정 사이에서는 너무 오래 기다려서는 안 되며, 긴급 로트와 장비 정비도 모두 일정에 끼워 넣어야 한다.

학습 목표

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  1. 교대 근무 덕분에 공장은 멈추지 않지만, 사람은 잠을 자야 한다. 멈추지 않는 공장은 그 안에서 일하는 사람들을 어떻게 돌봐야 할까?
  2. 긴급 로트 하나가 끼어들면 앞에 줄 서 있던 로트들은 기다려야 한다. 긴급 로트가 언제나 첫 번째여야 할까? 누가, 무엇을 근거로 정해야 할까?

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제4부: 제대로 만들었는지 아는 법

팹이 어떻게 측정하고, 날마다 숫자를 어떻게 지켜보며, 수율을 어떻게 계산하는지, 그리고 문제가 생기면 한 단계씩 어떻게 대응하는지 다룬다.

17강계측과 검사: 무엇을, 몇 장이나 재는가

웨이퍼 한 장은 수백 단계와 몇 주에서 몇 달을 거쳐야 전기를 걸어 테스트할 수 있다. 마지막에야 오류를 발견하면 너무 늦으므로, 중요한 단계를 마칠 때마다 제대로 됐는지 먼저 확인한다.

학습 목표

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  1. 많이 측정하면 안심이 되고, 적게 측정하면 로트가 빨리 진행된다. 내가 맡은 장비가 최근 조금 불안정하다면, 몇 로트를 더 측정할지 어떻게 정하겠는가? 누구와 먼저 상의해야 하는가?
  2. ‘옆 칩과 비교하기’로는 모든 칩에 똑같이 있는 문제를 찾지 못한다. 일상이나 일에서 ‘모두 똑같아서 눈에 띄지 않는’ 오류가 있는가? 그런 오류는 어떻게 찾겠는가?

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18강관리도와 일상 모니터링

측정한 숫자는 어떤 잣대와 비교해야 공정이 여전히 평소와 같은지 알 수 있다. 관리도가 바로 그 잣대이며, 제품이 불량이 되기 전에 공정이 변하고 있음을 먼저 보여 준다.

학습 목표

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  1. 관리도는 ‘아직 규격 안이지만 이미 평소와 다르다’고 말하고, 로트는 기다리고 있다. 릴리스하는 것과 붙잡아 두고 더 조사하는 것은 각각 누구에게 대가를 치르게 하는가?
  2. 관리도의 판정 규칙과 FDC의 임계값은 엄격하게 정할수록 빨리 발견하지만 오경보도 늘어난다. 너무 느슨하면 서서히 나빠지는 것을 보지 못한다. 직접 정한다면 어떻게 균형을 잡겠는가? 오경보로 여러 번 불려 간 사람은 다음에도 진지하게 보겠는가?

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19강수율과 웨이퍼 맵

팹이 최종적으로 내보내는 것은 양품 칩이다. 수율은 양품이 몇 퍼센트인지를, 웨이퍼 맵은 불량이 어디에 있는지를 알려 준다. 둘을 함께 봐야 어느 공정 단계로 거슬러 올라가 찾아야 할지 알 수 있다.

학습 목표

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  1. 수율이 90%에서 95%로 오르면 공장, 칩을 사는 회사, 제품을 쓰는 사람에게 각각 무엇을 의미하는가?
  2. 웨이퍼 맵의 불량이 칸칸이 늘어서 있다면 마스크 때문일 수도, 프로브 카드 때문일 수도 있다. 각각을 확인하는 데 얼마나 품이 드는가? 어느 쪽을 먼저 조사하겠는가? 그 이유는 무엇인가?

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20강이상 발생 대응: 알람에서 재발 방지까지

아무리 신중한 공장에서도 문제는 생긴다. 차이는 문제가 생긴 처음 몇 분 동안 순서를 지켜 대응했는지, 그리고 나중에 오류가 생기게 한 구멍을 메웠는지에서 갈린다.

학습 목표

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  1. 새벽 3시, 장비에 빨간불이 들어왔다. 로트는 기다리고 있고 엔지니어는 자고 있다. 옆 사람은 리셋을 한 번 누르면 보통 넘어간다고 말한다. OCAP대로 전화하는 것과 일단 해 보는 것은 각각 어떤 대가를 치르게 되는가?
  2. 생활 속에서 되풀이되는 작은 실수를 하나 떠올려 보자. 예를 들면 외출할 때 열쇠를 깜빡하는 일이다. 자신의 부주의를 탓하지 않고 ‘어디가 잊기 쉽게 되어 있는가’를 찾는다면, 실수가 아예 일어날 수 없거나 잊을 수 없도록 무엇을 바꾸겠는가?

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제5부: 웨이퍼를 다 만든 뒤

웨이퍼가 팹을 나온 뒤 칩을 어떻게 테스트하고 패키징하는지, 몇 년을 쓸 수 있는지 어떻게 확인하고 약한 칩을 걸러 내는지, 그리고 어떻게 포장해 출하하고 회로 기판에 납땜해 손에 든 제품에 들어가는지 다룬다.

21강패키징과 테스트

웨이퍼가 완성되었다고 해서 바로 쓸 수 있는 칩이 되는 것은 아니다. 먼저 테스트하고, 자르고, 와이어로 연결하고, 외장으로 감싼 뒤 다시 한 번 테스트해야 제품에 넣을 수 있다.

학습 목표

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  1. 테스트를 많이 할수록 더 믿을 수 있지만, 그만큼 비싸고 느려진다. 보청기에 들어가는 칩을 맡았다면 어느 정도까지 테스트할지 어떻게 정하겠는가?
  2. 왜 어떤 회사들은 패키징과 테스트만 전문으로 할까? 왜 모두 팹에 맡기지 않을까?

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22강신뢰성, 출하, 그리고 제품 속으로

테스트는 칩이 ‘지금 괜찮은가’만 묻지만, 칩은 제품 속에서 여러 해를 버텨야 한다. 이번 강에서는 몇 주 만에 몇 년 뒤의 일을 알아내는 방법, 취약한 칩을 걸러 내는 방법, 그리고 칩이 포장되어 출하되고 회로 기판에 납땜되어 우리 손에 든 제품 속으로 들어가는 과정을 살펴본다.

학습 목표

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  1. 내일 아침이면 출하해야 한다. 신뢰성 시험실에서는 먼저 수백 개를 뽑아 고온에서 전압을 걸고 이틀 동안 돌려 초기 고장을 확인할 수 있다고 하지만, 그러면 물량 전체가 일주일 늦어진다. 직접 결정한다면 무엇을 먼저 알고 싶은가? 또 누구와 먼저 이야기하겠는가?
  2. 방습백 겉면의 경고 라벨에는 등급, 밀봉 날짜, 개봉 후 얼마 안에 납땜해야 하는지 같은 몇 칸의 글자만 적혀 있다. 조립 공장에서 부품을 장비에 올리는 일을 맡았다면, 모든 백이 그대로 처리되도록 어떻게 하겠는가? 한 칸이 비어 있으면 누가, 언제 곤란을 겪게 될까?

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제6부: 사람과 협업

팹에는 어떤 사람들이 있고 교대 근무는 어떻게 돌아가는지, 새 칩이 개발에서 양산까지 가는 동안 누가 어떤 순서로 일하고 어떻게 인수인계하는지 다룬다.

23강팹의 사람들: 분업, 교대 근무, 커리어

팹에는 기계만 있는 것이 아니다. 이번 강에서는 팹 안에 어떤 부서가 있는지, 누가 누구와 매일 이야기해야 하는지, 문제가 생기면 누가 먼저 무엇을 하는지 살펴보고, 어떤 직무가 있는지, 교대 근무와 온콜은 어떤 것인지도 알아본다.

학습 목표

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  1. 한밤중에 장비에 문제가 생기면 누구를 깨워야 할까? 한 사람을 깨우는 대가는 무엇이고, 깨우지 않는 대가는 무엇일까?
  2. 같은 순간, 예를 들어 장비가 다운된 그 순간에 공정, 장비, 제조부는 각각 무엇을 걱정할까? 가장 해 보고 싶은 자리와 가장 하고 싶지 않은 자리는 어디이며, 그 이유는 무엇인가?

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24강R&D에서 양산까지: 누가 먼저 하고, 어떻게 넘기는가

새 칩이 팹에서 처음 만들어진 뒤 안정적으로 대량 출하되기까지는 설계, 팹, 테스트, 신뢰성, 고객, 양산 팹으로 이어지는 여러 구간의 릴레이를 거친다. 이를 신제품 도입(NPI, new product introduction)이라고 한다. 새 세대 공정이나 새 공정 단계를 추가해야 하는 제품은 먼저 R&D 라인에서 만들어 보고 안정시키는 경우도 많다. 구간마다 다른 사람이 바통을 이어받으므로, 인계가 얼마나 명확한지가 다음 사람이 일을 잘할 수 있는지를 좌우한다.

학습 목표

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  1. 신뢰성 시험이 아직 끝나지 않았는데, 고객은 양산 팹에서 먼저 웨이퍼를 투입하고 싶어 한다(리스크 투입). 시험을 통과하면 고객은 제품을 더 일찍 받지만, 통과하지 못하면 먼저 투입한 로트들이 통째로 스크랩될 수 있다. 내가 담당자라면 양쪽의 대가를 고객에게 어떻게 설명하겠는가?
  2. 작업 지침서는 R&D 라인에 와서 배운 적이 없을 수도 있는 사람이 읽는 문서다. 어느 정도까지 써야 다른 사람이 그대로 따라 해도 실수하지 않겠는가? 글만으로는 전할 수 없는 것에는 무엇이 있는가?

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제7부: 미래

트랜지스터는 얼마나 더 작아질 수 있는지, 공정 이름이 어떻게 나노미터에서 옹스트롬으로 넘어가는지, 그리고 미세화와 함께 가는 여러 갈래의 길을 다룬다. 트랜지스터의 모양 바꾸기, 전원 배선을 웨이퍼 뒷면으로 옮기기, 위로 쌓기, 첨단 패키징으로 여러 칩을 하나로 묶기, 다른 반도체 재료 쓰기, 빛으로 데이터 보내기. 이 가운데 여러 갈래가 ‘메모리 월’(프로세서는 빨리 계산하지만 데이터가 그만큼 빨리 오지 못하는 문제)과 관련이 있다. 마지막으로 뉴스 속 칩 이야기를 읽는 법을 다룬다.

25강트랜지스터는 얼마나 더 작아질 수 있는가: ‘몇 나노’에서 ‘옹스트롬 시대’까지

뉴스는 날마다 ‘2나노’ ‘3나노’를 말하고, ‘옹스트롬 시대’라는 말도 쓰기 시작했다. 이 숫자들이 어디서 왔는지, 왜 줄일수록 어려워지는지, 트랜지스터가 왜 거듭 모양을 바꾸는지 이해하면 칩이 앞으로 어디로 가는지 읽을 수 있다.

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  1. 새 세대는 보통 같은 일을 조금 더 적은 전력으로, 또는 같은 전력으로 조금 더 빠르게 해내지만, 만들기는 더 어렵고 더 비싸다. 버튼형 전지 하나로만 움직이는 칩을 만든다면 최신 세대를 쫓겠는가? 결정하기 전에 어떤 질문부터 하겠는가?
  2. 공정의 이름은 오래전부터 실제 치수가 아니지만, 지금도 대체로 ‘0.7을 곱하는’ 방식으로 다음 이름을 붙이고(중간에 반 세대짜리 이름도 끼어 있다), 2나노 아래로 내려가면서 옹스트롬으로 부르기 시작했다. 이렇게 이름을 붙이면 어떤 좋은 점이 있고, 사람들이 무엇을 오해하기 쉬울까? 직접 이름을 붙인다면 어떻게 하겠는가?

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26강첨단 패키징과 신소재: 미세화만이 답은 아니다

프로세서의 계산은 점점 빨라지는데 메모리의 데이터 공급은 따라가지 못한다. 이 ‘메모리 월’ 때문에 AI 칩은 자주 멈춰서 기다린다. 메모리를 쌓아 프로세서 바로 옆에 붙이는 것, 여러 칩을 하나로 패키징하는 것, 더 먼 구간을 빛으로 바꾸는 것이 모두 이와 관련이 있다. 여기에 큰 칩을 작은 칩으로 나누는 것과 재료를 바꾸는 것까지, 이 몇 갈래 길을 이해하면 뉴스에 나오는 새 용어들이 하나로 이어진다.

학습 목표

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  1. 큰 칩을 칩렛으로 나누면 결함 하나가 작은 칩 하나만 망가뜨리고, 돈도 가장 필요한 곳에 쓸 수 있다. 하지만 칩렛 사이의 경로는 칩 내부보다 조금 느리고 전력도 조금 더 들며, 칩렛마다 데이터를 주고받는 회로를 더 넣어야 하고, 접점은 작고 촘촘해 테스트에 손이 더 가며, 패키징도 더 어려워진다. 직접 정한다면 어떤 칩을 나눌 가치가 있다고 보겠는가? 어떤 칩은 통째로 남겨 두겠는가?
  2. 메모리 월에 맞서려면 캐시를 늘리거나 옆에 HBM 스택을 더 놓을 수 있고, 계산을 메모리 안에서 하는 방법을 연구하는 사람들도 있다. 어느 길에나 대가가 있다. AI로 질문에 답하는 일만 하는 기계를 만든다면 어느 길에 먼저 돈을 쓰겠는가? 결정하기 전에 무엇을 먼저 알고 싶은가?

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27강반도체 뉴스 제대로 읽기

뉴스에 나오는 ‘성숙 공정 공급 부족’ ‘재고 조정’ ‘AI 칩’ ‘획기적 돌파구’ 같은 말은 앞에서 배운 내용으로 읽어 낼 수 있고, 어디서 말이 너무 앞서 나갔는지도 알아볼 수 있다.

학습 목표

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  1. 최근의 반도체 뉴스 하나를 골라 가족에게 쉬운 말 세 문장으로 설명해 보자. 뉴스에 나온 단어 가운데 이 과정에서 배운 것은 무엇인가? 기사가 다루는 내용은 어디까지 왔는가? 연구 단계에서 구현된 것인가, 양산이 시작된 것인가, 이미 보편화된 것인가? 과장되었거나 분명하지 않다고 느낀 표현은 무엇인가?
  2. 자동차 한 대, 휴대폰 한 대, AI 서버 한 대에는 각각 어떤 칩이 필요한가? 생산 라인을 하나만 더 지을 수 있다면 어느 쪽을 위해 먼저 짓겠는가? 라인이 완성되기까지는 시간이 걸리고 그때는 수요가 이미 바뀌었을 수 있다. 결정하기 전에 무엇을 먼저 알고 싶은가?

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추천 과제(정답이 없는 열린 과제)

  1. 칩 하나의 일생: 설계부터 제품에 들어가기까지의 흐름도를 그리고, 가장 잘못되기 쉽다고 보는 세 곳과 그곳의 문제가 보통 어느 단계에 가서야 발견되는지 표시한다.
  2. 인수인계서: 근무 하나를 플레이한 뒤 다음 근무자를 위해 인수인계서를 쓴다. 무슨 일이 있었는지, 어떤 결정을 내렸는지, 아직 해결되지 않은 것은 무엇인지 적는다. 다른 학생과 바꿔 읽고, 상대가 그대로 이어받을 수 있는지 본다.
  3. 뉴스를 쉬운 말로: 칩 관련 뉴스 하나를 골라, 배운 적 없는 사람을 위해 쉬운 문장 세 개로 다시 쓰고, 원문에서 과장됐거나 분명하지 않다고 생각하는 부분을 표시한다.
  4. 같은 순간, 다른 사람: 조를 나눠 각자 역할 하나를 골라 같은 근무를 플레이한다. 장비에 문제가 생긴 순간 역할마다 무엇을 보고 무엇을 걱정했는지 비교해 한 쪽 분량의 보고서로 쓴다.
  5. 단순화한 곳 찾기: 필독 글에서 한 단락을 골라 교과서나 대학 강의 자료와 대조하고, 글이 어디를 단순화했는지, 그 단순화가 타당한지 적는다.

수준과 정확성

물리나 화학 배경 지식은 필요 없고, 중학교 수준의 과학이면 충분하다. 목표는 흐름과 분업, 트레이드오프를 이해하는 것이지, 장비 조작법을 배우는 것이 아니다.

글은 공개된 교과서, 산업 표준, 대학 강의 자료와 논문을 바탕으로 썼고, 다 쓴 뒤 따로 다시 검토했다. 이해하기 쉽도록 일부는 단순화했다. 예를 들어 수식 대신 비유를 쓰고, 숫자에는 ‘약’을 자주 붙였다. 더 깊이 공부하려면 두 종류의 교과서를 함께 보면 좋다. ‘반도체 소자’는 칩이 왜 동작하는지를, ‘반도체 공정’은 칩을 어떻게 만드는지를 다룬다. 오류를 발견하면 각 글 맨 아래의 ‘오류가 있다면 문제 신고’를 눌러 알려 주기 바란다.

게임 속 회사, 인물, 장비 번호, 로트 번호와 숫자는 허구이며, 어느 회사의 실제 방식도 나타내지 않고, 조작 교육 자료로 쓸 수도 없다. 실제와 같은 것은 일의 모습이다: 교대 근무, 인수인계, 단계 사이의 대기 시간 상한, 테스트 런, 절차에 따른 이상 처리.

인용과 수업 활용

이 커리큘럼과 글, 장비의 짧은 영상과 큰 이미지, 활동지는 수업과 비영리 목적이라면 무료로 쓸 수 있다. 화면에 띄우거나 강의 자료에 넣거나 학생들에게 인쇄해 나눠 줘도 된다. 출처는 fab24hr로 밝혀 주기 바란다. 판매하거나 자신의 저작물로 바꿔 내놓을 수는 없다.

인용 형식 예: “반도체 입문: 칩의 일생 따라가기”, fab24hr, 2026년 10월. https://fab24hr.com/ko/learn/

한 차시 수업에서 게임을 쓰려면 수업에서 fab24hr 활용하기에 20분, 40분, 50분 수업안이 있고, 활동지는 그대로 인쇄할 수 있으며, 분해해서 보는 반도체 공장 장비에는 장비 31대의 링크와 QR 코드가 있다.

자주 묻는 질문

정식 강의인가? 비용을 내거나 가입해야 하나?

비용도 가입도 필요 없다. 무료 커리큘럼으로, 각 강의는 이 사이트의 쉽게 풀어 쓴 글과 브라우저에서 하는 반도체 공장 게임으로 이어지고, 팹과 패키징·테스트를 다루는 강의는 대개 분해해 볼 수 있는 3D 장비로도 이어진다. 시험도 수료증도 없으며, 교사는 자기 수업에 맞게 순서와 분량을 조정할 수 있다.

이공계 배경이 없어도 이해할 수 있나?

이해할 수 있다. 글은 이 분야를 전혀 모르는 사람을 위해 썼고, 전문 용어에는 모두 쉬운 설명을 달았으며, 중학교 수준의 과학이면 충분하다. 목표는 흐름과 분업, 트레이드오프를 이해하는 것이다. 더 공부하려면 ‘반도체 소자’와 ‘반도체 공정’ 교과서를 함께 보면 된다.

다른 언어로도 볼 수 있나?

볼 수 있다. 이 커리큘럼과 글, 게임은 중국어(번체), 영어, 일본어, 한국어판이 있다. 중국어판은 fab24hr.com/learn/, 영어판은 fab24hr.com/en/learn/, 일본어판은 fab24hr.com/ja/learn/에 있다.

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