안녕하세요. 식탐입니다. 우리 나라는 반도체 산업에서 세계적인 위상을 가지고 있는 국가 중 한 곳입니다. 세계적인 반도체 기업을 두 곳이나 가지고 있죠. 익히 알고 있는 삼성전자와 하이닉스입니다. 그만큼 세계 반도체 시장에서 빼놓을 수 없는 나라입니다. 여기에는 몇 가지 이유가 있습니다. 대한 민국 정부가 반도체 산업을 핵심 산업으로 지정하여 육성하고 있기 때문입니다. 개별 기업에서도 막대한 자금을 다시 개발에 투자를 하고 있기도 하죠. 오늘은 이러한 반도체의 핵심 공정을 살펴보는 시간을 가지도록 하겠습니다. IT의 기본 중 기본이니까요.
1. 핵심 공정
(1) 원료 제작(Wafer제작)
- Czochralski 공정 : 단일 결정 실리콘 원료를 용융 상태로 만든 후 회전하면서 실리콘 웨이퍼를 만듭니다.
- Float Zone 공정 : 높은 순도의 실리콘 원료에서 실리콘 웨이퍼를 떼어내어 생성합니다.
(2) 화학적 처리 (Chemical Processing)
- RCA Cleaning: 웨이퍼 표면에서 불순물을 제거하는 데 사용되는 RCA (Radio Corporation of America) 클리닝 프로세스를 수행합니다.
- Wet Etching: 화학적 용액을 사용하여 웨이퍼 표면을 부식하여 불순물을 제거합니다.
(3) 물리적 처리 (Physical Processing)
- Photolithography: 빛을 사용하여 마스크에서 패턴을 웨이퍼 표면으로 옮기는 과정으로 미세한 패턴을 정의합니다.
- Plasma Etching: 플라즈마를 사용하여 마스크에 의해 보호되지 않은 부분을 부식시켜 패턴을 형성합니다.
(4) 이온 주입 (Ion Implantation)
- Ion Implanter: 정확한 에너지와 방향으로 이온을 웨이퍼에 삽입하여 전도성을 변화시키는 장비입니다.
(5) 의사 연결 (Deposition)
- Chemical Vapor Deposition (CVD): 화학 기상 증착 장비, 화학적 반응을 통해 웨이퍼 표면에 필요한 물질을 증착시킵니다.
- Physical Vapor Deposition (PVD): 물리 기상 증착 장비로, 고체 물질을 증발시켜 웨이퍼 표면에 증착시킵니다.
(6) 패턴 형성 (Lithography)
- Photolithography Scanner: 미세한 패턴을 마스크에서 웨이퍼 표면으로 정확하게 복사하는 장비입니다.
- Mask Aligner: 마스크와 웨이퍼를 정렬시키고 미세한 패턴을 웨이퍼에 전사시키는 장비입니다.
(7) 소자 형성 (Etching)
- Plasma Etcher: 플라즈마를 이용하여 미세한 패턴을 부식시켜 반도체 소자를 형성하는 장비입니다.
(8) 검사 및 품질 테스트
- Scanning Electron Microscope(SEM): 미세한 구조를 검사하고 표면 모습을 확대하여 보기 위해 사용되는 장비입니다.
- Parametric Tester: 반도체의 전기적 특성을 측정하여 품질을 평가하는 장비입니다.
(9) 포장 및 출하
- Die Bonder: 작은 반도체 칩을 패키지에 고정시키는 장비입니다.
- Wire Bonder: 반도체 칩과 패키지 사이의 전기적 연결을 위해 선을 연결시키는 장비입니다.
2. 제조 공정 중 발생하는 폐기물
반도체 공정 중 발생하는 폐기물은 화학적 물질, 재료, 그리고 공정 중 발생한 부산물들로 구성됩니다.이러한 폐기물을 안전하게 처리하고 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위해 다양한 방법이 사용됩니다. 화학적 폐기물은 화학 처리 및 중화 과정을 거칩니다. 화학적 물질을 안전한 화합물로 변환하거나 중화하는 과정을 통해 처리합니다. 생물학적 처리도 이용됩니다. 미생물을 이용해 유해 물질을 해체하거나 중화시키는 방법입니다.
고체 폐기물 일부는 재활용합니다. 처리할 수 없는 폐기물은 매립합니다. 랜드필은 지하에 차단층을 만들어 폐기물을 환경으로부터 분리하는 방법입니다. 소각하는 방법도 있습니다. 일부 고체 폐기물은 열 처리로 소각하여 분해시킵니다. 액체 폐기물은 여과, 침전, 증발을 위해 수처리 시스템을 이용합니다.
3. 반도체의 작동원리
반도체는 금속처럼 전기를 잘 통하게 하거나 전기가 잘 통하지 않는 나무처럼 변할 수 있습니다. 이러한 성질을 이용하여 전기가 흐르거나 흐르지 않거나와 같은 0과 1의 조합을 생성해 냅니다.
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