웨이퍼의 크기를 키우는 건 왜 어려울까

웨이퍼의 크기가 커지는 것은 여러가지 장점이 있다. 결론부터 말하면 생산성이 좋아진다.

웨이퍼가 커지면 장비 값도 커지지만, 시간당/장비당 처리할 수 있는 칩의 수가 늘어난다. 웨이퍼당 고정비가 낮아지는 효과가 나며 더 비싼 장비를 써도 칩을 싸게 만들 수 있다.

그리고 웨이퍼의 구조에서, 웨이퍼 가장자리에 만든 다이(die)들은 사용할 수가 없는데, 웨이퍼가 커질수록 가장자리 다이의 비율이 감소하며 수율이 올라가는 효과가 생긴다. 

https://www.samsungsemiconstory.com/95

또한, 웨이퍼 외곽에 있는 다이들은 중심부에 있는 다이에 비해 결함이 높다. 열적 안정성이나 균일함 등이 웨이퍼 중심부에 비해 떨어지기 때문인 것 같다. 

업계 골칫거리 '웨이퍼 가장자리 수율', 해결 솔루션 나왔다 - KIPOST(키포스트)

https://semiengineering.com/criticality-of-wafer-edge-inspection-and-metrology-data-to-all-surface-defectivity-root-cause-and-yield-analysis/

 

그래서 계속해서 웨이퍼의 크기는 커져왔다. 

http://www.semimedia.cc/?p=1934

2001년 300mm 웨이퍼가 나온 지 약 10년이 지난 2012년부터, 본격적으로 450mm 웨이퍼 도입에 대한 논의가 오간 것 같다. 그 당시 기사를 찾아보면 설레발을 많이 찾아볼 수 있다. 

세계반도체 450mm 웨이퍼 검토…우리는?

 

삼성, 450mm 웨이퍼 시대 연다 인텔-TSMC와 '파일럿 라인' 맞손

그런데 막상 현재 웨이퍼 시장 점유율을 보면 아직도 15인치, 450mm 웨이퍼는 보이지도 않는다. 아래는 대신증권 이수빈 위원님의 반도체 자료 (SK그룹 반도체 소재 전략, 2019.12)

http://money2.creontrade.com/PDF/Out/intranet_data/Product/ResearchCenter/Report/2019/12/35195_191210_SK_Collaboration_Semi_final.pdf

웨이퍼의 크기를 마구마구 늘릴 수는 없다. 반도체처럼 작게 만드는 것 만 어려운게 아니라 크게 만드는 것 도 굉장히 어렵다. 여러 가지 이유가 있다. 

1. 경제적으로 어렵다, 현재 대세인 12인치(300mm) 공정은 메모리 산업에서 아주 많은 수로 소모하고 있기 때문에 산업 전반적으로 장비를 구하기가 쉬우나, 15인치(450mm)는 장비도 새로 개발해야 한다. 기존 라인을 전부 450mm로 바꿔야 하는 것도 당연히 일이다. 물론, 위 내용들은 15인치 웨이퍼 공정이 더 생산성이 높다는 것이 증명되기만 한다면 나중에 다 해결될 일 들. 

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2. 반도체를 만드는 것이 어렵다. 웨이퍼가 기존 12인치에서 15인치로 올라가면, 더 넓은 면적의 웨이퍼에서 평탄함이나 적층, 이물질 통제 등 공정 과정에서 기술적으로 넘어야 할 어려움들이 있다. 더 넓은 면적에서 균질함을 유지하는게 쉽지 않다. 

3. 이 뿐만 아니라, 웨이퍼 차원에서의 문제도 많아진다. 일단 면적이 넓어지면 웨이퍼가 더 쳐진다. 피자 도우가 더 커지는게 어려운거랑 비슷할 것 같다. 모서리도 균일하게 잘 다듬어 주어야 하고 같은 두께에서 깨지기 쉬우니 더 두꺼워져야 한다. 넓은 면적에서 열적인 안정성을 조정하고 인장강도를 유지하는 것 등 고려해야 할 요인이 더 많다. 

그래서인지 2001년 이후로 20년이 다 된 지금 아직도 12인치 웨이퍼를 주력으로 사용하고 있다. 

https://www.electrochem.org/dl/interface/wtr/wtr06/wtr06_p28-31.pdf

 

출처... 라기 뭐 하지만 출처 중 하나. 아래 페이지 댓글에 사람들이 조언을 달아줬다. 

[반도체 8대 공정] 1탄, ‘웨이퍼’란 무엇일까요?

그리고 참고 했던 [문서 링크]

저는 주식쟁이인지라... 위 내용이 학문적으로 정확하지 않을 수 있습니다. 참고만 부탁드립니다.