반도체 공장이 전기먹는 괴물인 이유

반도체 공장이 전기먹는 괴물인 이유

1. 반도체를 만들 때 실리콘 기판위에 회로를 그려서 만듬. 이게 그 유명한 패터닝(Pattetning)

2. 방식은 흔히 우리가 중학교 때 배운 석판화 방식임 

- 판 위에 용액을 뿌리고 그 위를 그림이 뚫린 종이로 덮은 후 햇빛에 쪼이면 판 위의 용액이 햇빛에 고정되고 남은 용액을 씻어내면 판에 그림이 그려짐!

3. 이걸 아주 미세하게 하는 게 반도체 고도화 공정이라고 이해하면 됨

- 일반적인 석판화는 그냥 햇빛에 해도 되지만 그림이 작아질수록 파장이 짧은 자외선을 이용해야 함

4. 보통 그 자외선은 엑시머 레이저를 이용해 만들고 KrF 레이저는 248 nm, ArF 레이저는 193 nm의 파장임

- 요즘 흔히 말하는 7나노(nm), 5나노(nm) 하는 방식에 요즘 많이 나오는 EUV(extreme UV)라고 해서 13.5나노(nm)까지 파장이 내려감

5. 그럼 13.5나노로 어떻게 7나노, 5나노의 그림을 그리냐 하겠지만 그걸 위해서 거울을 이용해 빛의 파장을 더 줄임

- 이것도 일반 거울은 못 쓰고 DBR(distributed Bragg reflector) 이라는 거울을 씀

6. 문제는 파장이 너무 짧은 자외선이라 이런 거울에도 빛이 흡수되고 반사되는게 적음

- 35% 흡수되고 65% 반사되면 이상적. 실제로는 50%도 반사 못함

7. 파장을 줄이기 위해서 거울을 여러개 써야 하는데 최신 기술은 8개까지 쓰는 경우도 있다고 함

- 8개의 거울을 쓰는 경우 최초에 쏜 자외선이 기판에 들어가는 건 0.5^8 = 0.0039 즉 0.4%임

8. 기판에 회로를 그리기 위한 빛의 세기는 200W 정도임

이 200W를 얻기 위해선 200 / 0.0039 = 51,282W 50kW 출력이 필요함

그리고 이 출력을 얻기 위해서 필요한 전기는 5-600kW 라고 함

그런데 이건 이상적인 숫자고 제대로 장비 안정화 하고 다른 장비들 돌리려면 이 숫자는 무려 1MW까지 올라감

9. 거기에 이런 레이저를 쏘는 장비가 하나만 있는게 아님

1개 라인에 10대의 장비가 있다면 10MW의 전기가 필요함