How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

번역: Tessa Kim 검토: DK Kim

This is a computer chip, magnified 500 times.

이것은 500배 확대한 컴퓨터 칩입니다.

What you’re looking at is the top of a computing city,

지금 보시는 것은 하늘에서 본 컴퓨팅 도시로

with distinct neighborhoods for different functions.

각기 기능이 다른 구역으로 구분되어 있습니다.

They’re linked by up to 100 kilometers of ultra-thin copper lines,

길이가 100km에 이르는 극히 얇은 구리선이

10단 이상 쌓인 층들을 가로지르며 서로 연결하고 있습니다.

running across 10 or more stacked levels.

At the very bottom, billions of electronic devices

맨 아래에는 전자 장치 수십억 개가

generate the digital traffic that pulses across the chip.

칩을 가로질러 맥동하는 디지털 통신을 생성합니다.

The most common of these devices is called a transistor;

이러한 장치 중 가장 일반적인 것을 트랜지스터라고 하는데

it’s a switch that allows current to flow if it receives a voltage.

이는 전압을 받으면 전류가 흐르게 하는 스위치입니다.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

트랜지스터는 크기가 20나노미터까지 작을 수 있으며,

and more than 50 billion of them can fit on a single chip.

칩 하나에 500억 개 이상이 들어갈 수 있습니다.

Globally, we produce more than a trillion computer chips every year.

전 세계적으로 매년 1조 개 이상 컴퓨터 칩을 생산합니다.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

이는 트랜지스터를 매초 약 20조 개 만드는 셈이며

and it’s done in fewer than 500 fabrication plants, known as fabs.

500 곳이 안 되는, 팹이라고 하는 제조 공장에서 생산됩니다.

How do we build so many tiny, intricately-connected devices,

이렇게 작고 복잡하게 연결된 장치를

어떻게 그렇게 놀랍도록 빨리 만들 수 있을까요?

so incredibly fast?

The answer involves a technology called photolithography,

그 해답으로 광식각이라는 기술을 들 수 있는데,

which helps us build all the devices on a chip simultaneously.

이 기술로 칩 위에 있는 모든 장치를 동시에 만들 수 있습니다.

It’s like constructing all the buildings in a city at the same time.

한 도시의 모든 건물을 한꺼번에 짓는 것과 같습니다.

And with no tiny construction crews to help,

이런 작업을 할 작은 인부들은 없으므로

we build using light as a measuring and sculpting tool.

빛을 측정 및 조각 도구로 써서 건물을 짓습니다.

The process starts with a wafer of silicon,

이 공정은 실리콘 웨이퍼로 시작합니다.

which is doused in solvents and acids to strip it clean before entering a furnace.

용매와 산을 흠뻑 적셔서 깨끗하게 벗겨낸 다음

웨이퍼를 용해로에 집어넣습니다.

Here, oxygen gas reacts with the wafer to form a layer of silicon dioxide.

여기서 산소 기체가 웨이퍼와 반응하여 이산화 규소 층을 형성합니다.

Then, a liquid called “photoresist” is spun on and baked to harden.

이어서 웨이퍼를 돌리면서 감광액을 붇고 구워서 굳힙니다.

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

다음으로 특수 마스크를 통과하거나 반사한 자외선으로

by passing through or reflecting off a specialized mask.

웨이퍼를 선택적으로 비춥니다.

In the lit areas, a reaction weakens the photoresist’s chemical bonds.

빛을 받은 부분에서는 반응이 일어나 감광액의 화학 결합이 약해집니다.

The wafer is doused in another chemical to wash away that weakened photoresist,

웨이퍼를 다른 화학 물질에 적셔 약해진 감광액을 씻어내면

leaving an image of the mask.

마스크의 이미지가 남습니다.

And an etching machine’s reactive gases remove the exposed oxide,

그리고 식각기의 반응성 기체가 노출된 산화물을 제거하여

creating windows that drill the mask’s pattern down to the wafer surface.

마스크 패턴을 웨이퍼 표면까지 뚫을 수 있는 창을 만듭니다.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

그런 다음 임플란터가 붕소 또는 인 이온을 가속해서

and slams them into the patterned openings.

패턴을 새긴 구멍에 밀어 넣습니다.

These atoms form electropositive or electronegative regions

이들 원자는 실리콘의 전도도를 바꾸는

that change silicon’s conductivity,

양전기 또는 음전기 영역을 형성하여

creating the foundation of the transistor switch.

트랜지스터 스위치의 토대를 형성합니다.

The etched oxide windows, however, create hill-and-valley features.

그런데 식각된 산화물 창은 표면이 울퉁불퉁합니다.

Before the next level of copper lines are added,

다음 단계의 구리선을 추가하기 전에

this one’s uneven lines must be polished flat,

이 고르지 않은 면을 원자 수준에서 평평하게 갈아내야 합니다.

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

이는 화학적 기계적 연마,

called chemical mechanical polishing, or CMP.

즉, CMP라고 하는 정교한 연마 공정입니다.

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

CMP는크기가 1미크론 이하인 세라믹 입자들을 죽처럼 만들어

to gently scrape and flatten the bumpy features.

울퉁불퉁한 부분을 부드럽게 갈아내고 매끈하게 만듭니다.

These fab tools, and many others, are used hundreds of times on a wafer,

이런 팹 장비를 비롯한 많은 장비가 웨이퍼에 수백 번 적용되어서

to create and link transistors into computing logic gates,

트랜지스터를 생성하여 컴퓨팅 논리 게이트에 연결하고

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

메모리 저장 및 계산을 위해 서로 연결된 공간을 만듭니다.

Fabs run around the clock,

팹은 24시간 운영되며 약 3개월이 걸려서

and it takes about three months to transform a single wafer from pure silicon

웨이퍼 하나를 순수 실리콘에서 수백 개 칩으로 변환합니다.

into hundreds of chips.

With this continuous operation,

이러한 연속 운영으로

fabs consume huge amounts of electricity, water, solvents, acids, bases,

팹은 전기, 물, 용매, 산, 염기,

공정 기체 및 귀금속을 엄청나게 소비합니다.

process gases, and precious metals.

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

웨이퍼는 초고순도 툴 챔버에서 처리되며,

maintained by pumps running constantly,

펌프가 계속 작동하여

to sustain a vacuum that resembles deep space.

심우주와 비슷한 진공을 유지합니다.

High-temperature furnaces never turn off.

고온 용해로는 절대 꺼지지 않습니다.

Fab air handlers constantly expel filtered air

팹 공기 조절기는 여과된 공기를 지속적으로 배출하여

to corral dust and tiny particles away from wafers.

웨이퍼에서 먼지와 작은 입자를 제거합니다.

This takes a lot of electricity.

이렇게 하려면 전기가 많이 필요합니다.

The chemicals and purified water used in cleaning

세척에 사용되는 화학 물질과 정제수는

create nearly five gallons of waste per wafer run—

웨이퍼 제작 1회당 폐기물을 거의 5갤런씩 생성합니다.

which needs to be filtered and pH treated.

이 폐기물은 여과 및 산도 조절을 해야 합니다.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

한편 CMP 슬러리는 미세 입자가 덩어리를 형성하여

깨지기 쉬운 구리 선을 찢는 것을 방지하기 위해

to keep their fine particles from forming chunks

that would tear apart the fragile copper lines.

지속적으로 물로 세척됩니다.

This adds five times more liquid waste.

이로 인해 액체 폐기물이 5배 더 추가됩니다.

Fabs plow through vast amounts of nitrogen and helium gas to run their tools.

팹 장비를 가동하는 데에는 질소와 헬륨 기체가 많이 필요합니다.

And other gases used and generated in these tools are greenhouse contributors.

이러한 장비에서 사용 및 생성되는 다른 기체도 온실 효과를 일으킵니다.

To minimize their emission,

배출을 최소화하기 위해

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

스크러버라고 불리는 기계가

일부 기체 부산물을 분해하여 처리 가능한 폐수로 분해합니다.

into treatable wastewater.

That uses more electricity, and more water.

그러려면 전기와 물을 더 많이 사용하죠.

As computing complexity grows,

컴퓨팅 복잡성이 증가함에 따라

more copper and precious metals are needed to link up chips.

칩을 연결하는 데 구리와 귀금속이 더 많이 들어갑니다.

And new problems arise:

그리고 새로운 문제가 발생합니다.

today, PFAS-based photoresists are essential to make ever-smaller features.

불화 화합물(PFAS) 기반 감광액은

그 어느 때보다 작은 형상을 만드는 데 필수적입니다.

But PFAS waste in the environment is ending up in our bodies,

하지만 환경 속의 PFAS 폐기물은 결국 우리 몸으로 유입되고 있으며

and it may be harmful.

이는 해로울 수 있습니다.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

컴퓨터 칩은 세상을 바꾼 현대의 경이로움이며,

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

컴퓨터 칩을 만드는 공장 자체가 놀라운 공학 기술입니다.

But as our demand for chips accelerates,

하지만 칩에 대한 수요가 가속화되면서

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

칩 제조는 어려운 지속 가능성 한계에 부딪히고 있습니다.

Already, some places are beginning to ration water to farmers,

이미 일부 지역에서는 팹 운영을 위해 농부들에게 물을 배급하기 시작했습니다.

in favor of running fabs.

For the sake of the future of computing and our environment,

컴퓨팅과 우리 환경의 미래를 위해

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

미래의 더 작고 깨끗하며 친환경적인 팹은

will need to run even smarter than the very chips they build.

그들이 만드는 칩보다 훨씬 더 영리하게 운영되어야 할 것입니다.