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Inside Micron Taiwan’s Semiconductor Factory | Taiwan’s Mega Factories EP1

요약: 대만의 반도체 공장 자동화와 환경 관리

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타임라인	요약
04:51	70~90명의 직원으로 공장 운영함.
05:21	대만의 역할이 세계 생산에 필수적임.
13:38	로딩 기계가 웨이퍼를 특수 컨테이너에 넣음.
13:51	작은 차량이 센서로 서로를 감지함.
14:06	수천 대의 로봇이 매일 400,000km 이동함.
14:35	자동화로 한 사람이 여러 기계 운영 가능함.
14:50	공장에는 수천 대의 거대한 기계가 있음.
15:08	공장 자동화로 오염 가능성을 최소화함.
15:36	반도체 산업이 육체 노동에서 지식 기반으로 변화함.
15:53	50,000개 센서로 데이터 흐름이 발생함.
16:39	웨이퍼 테스트 후 칩 제조 작업이 완료됨.
17:07	다이 아몬드 날로 칩을 절단함.
17:51	실리콘 칩을 캡슐화하여 보호함.
19:51	재활용 시스템으로 화학물질 농축 가능함.
20:22	사용된 물의 80%를 재생하여 소비 감소함.
20:38	녹지 공간을 만들어 환경 개선함.
20:51	재생 에너지로 전력 절약 가능함.
21:36	반도체는 예술과 과학의 융합임.
21:55	반도체 공장의 혁신이 인류 문명 발전에 기여함.

스크립트

이것은 세계에서 가장 깨끗한 공장이 될 수 있습니다. 기술이 미래를 만나는 곳은 인간 성취의 최첨단에 있습니다 . 그리고 끊임없이 발전하고 있습니다. 혁신하지 못하면 이 업계에서 살아남을 수 없습니다. 그들은 세계에서 가장 흔한 재료 중 하나 인 실리콘을 사용하여 그 위에 수십억 개의 회로와 트랜지스터를 쌓습니다.

그들의 임무는 점점 더 작아지는 칩에 수십억 달러를 더 추가하는 것입니다. 매일 새로운 일을 해야 합니다. 그렇지 않으면 뒤쳐지는 것입니다. 내일 의 모든 것이 컴퓨팅 파워에 달려 있는 세상이 바로 이 메가 팩토리 안에서 만들어 지고 있습니다. 월요일 아침. 물과 전력 사용량이 가장 많은 시간입니다.

매우 중요합니다. 하나의 결함이 공장 현장에 재앙을 초래할 수 있습니다. 농담으로 ' 스타쉽' 이라고 부르죠. 마치 우주선 안의 선장실처럼 보이기 때문이죠. 이는 전체 시설의 전력 시스템 , 물 시스템, 에어컨 및 화학 물질 관리를 제어하는 공장 운영의 두뇌 역할을 합니다 .

이 우주선의 선장, 렉스 라이. 그는 공급이 일정하고 신뢰할 수 있는지 확인하는 모든 책임을 가진 사람입니다 . 반도체 제조에는 실제로 천 개가 넘는 공정이 있습니다. 이러한 프로세스 중 하나가 중단되면 전체 워크플로가 중단되고 나중에 다시 시작하는 것은 상당히 어려운 작업이라고 생각할 수 있습니다 . 그것은 도전 그 이상입니다. 생산 중단으로 인해 수백만 달러의 비용이 발생할 수 있습니다.

이 에너지 센터는 거대 반도체 기업의 생명선을 보호하는 중요한 역할을 담당합니다 . 그 과정의 중심에는 실리콘이 있습니다. 마이크로 칩을 가능하게 하는 물질. 때로는 전기를 전도하기도 하고 , 때로는 약간의 전압을 가하는 정도에 따라 전도되지 않을 때도 있습니다 . 그래서 ' 반도체 '라고 부르죠. 반도체 제조에서는 일반적으로 부품을 트랜지스터라고 부릅니다.

트랜지스터는 본질적으로 스위치 역할을 하며 모든 신호가 0 과 1을 사용하여 표현되는 디지털 시스템에서 사용될 수 있습니다. 이상해 보일 수도 있지만 기본적으로 칩은 많은 스위치일 뿐입니다. 그러나 보이는 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 집적 회로에서는 소위 스위치라고 불리는 수많은 트랜지스터가 단일 칩에 배치됩니다. 예를 들어, Apple의 스마트 폰에 사용되는 칩에는 수천억 개의 트랜지스터가 포함되어 있습니다.

이러한 미세한 스위치는 모든 컴퓨팅의 기본 구성 요소입니다. 칩에 원하는 것이 무엇이든 이를 가능하게 하는 것은 탑재된 수십억 개의 트랜지스터입니다. 트랜지스터가 많을수록 계산이 더 복잡해 지고 장치가 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. 통신, 컴퓨팅, 의료 건강 , 심지어 군사 목적까지 이들은 기본적으로 현대 전자 장치의 두뇌입니다. 대만은 오랜 경험 과 지리적 위치 덕분에 칩 생산에 있어서 압도 적인 우위를 점하고 있습니다 .

Fig.1 - 70~90명의 직원으로 공장 운영함.

대만은 제조업 분야에서 매우 강하다. 파운드리 서비스 부문에서는 첨단 제조 공정 부문에서 90% 이상 , 세계 시장 점유율 약 70%를 점유하고 있으며 , 글로벌 수준의 조립 및 테스트 부문에서도 선두를 달리고 있습니다. 대만 북부에서 중부 , 남부까지 3개의 과학 공원에 걸쳐 칩 생산의 모든 단계를 지원하기 위해 밀집된 시설 클러스터가 구축되어 있습니다 . 종합하면, 대만은 세계에서 가장 중요한 반도체 생산국이 됩니다 . 대만은 최첨단 로 직 제품 과 최첨단 메모리를 모두 제조하는 세계 유일의 지역입니다 .

Fig.2 - 대만의 역할이 세계 생산에 필수적임.

따라서 최첨단 로 직은 당연히 TSMC가 생산 하고 최첨단 메모리는 Micron이 생산합니다. 클러스터의 중심에는 마이크론 테크놀로지가 있습니다. 대만 최대의 반도체 제조업체 중 하나입니다. 이 회사는 미국에서 설립되었지만 대부분의 제조를 수행하는 대규모 공장을 통해 대만에도 자리를 잡았습니다 . 이곳에 자리잡은 지 거의 30년이 되었고 , 이것이 바로 이 섬이 반도체 생산의 중심지가 된 이유 중 하나입니다 .

대만 Micron Manufacturing의 규모와 규모는 타의 추종을 불허합니다. Micron 직원의 25% 가 대만에서 근무하고 있으며 Micron DRAM의 65%를 생산하며 전 세계 시장 점유율은 약 10% 이상입니다. 따라서 Mega Fab은 그렇습니다. 하지만 하룻밤 사이에 이루어지는 작업은 아닙니다. 이곳은 축구장 140개 크기의 1,000,000제곱미터 규모의 공장입니다 .

R& ;D부터 제조, 조립, 테스트, 판매까지 전체 프로세스가 이 벽 내에서 이루어집니다 . 우리는 Taoyuan Kweishan에 하나, 다른 하나는 바로 여기 Taichung Houli에 두 개의 제조 공장을 보유하고 있습니다 . 얼마인지는 말씀드릴 수 없지만 거대한 공장입니다. Zhong Lian Bin은 30년 동안 반도체 엔지니어링 분야에서 일해 왔습니다 . 그는 완벽주의 자 이므로 완벽주의자 여야 합니다.

그는 모든 것을 마지막 세부사항까지 정확하게 처리하는 것에 자부심을 갖고 있습니다 . 오늘날 반도체 제조에는 1000개 이상의 단계가 필요합니다. 우리는 한 단계만 올바르게 수행하는 것에 대해 말하는 것이 아닙니다. 우리는 기능적인 칩을 가질 수 있도록 수천 개가 넘는 단계를 올바르게 정렬하는 것에 대해 이야기하고 있습니다 . 첫 번째 단계는 설계입니다.

각각의 작은 칩에 수십억 개의 트랜지스터를 장착해야 한다는 점을 고려 하면 반도체 설계는 실제로 집적 회로의 아키텍처를 개발하는 것입니다 . 그래서 디자인은 마치 초고층 건물을 짓는 것과 비슷합니다. 건축가와 토목 기술자는 유틸리티를 어디에 배치할지, 방을 어떻게 배치할지 에 대해 높은 수준의 건축 계획에 대해 논의 합니다 . 디자인이 완료되면 Fab 라고도 하는 제작 영역으로 보내. 져 제작됩니다.

들어가는 과정은 간단하지 않습니다. 결코 흙 속에 들어가도록 허락할 수 없는 적이 하나 있습니다 . 입자 하나도 들어올 수 없습니다. ' 가 운' 이라고 하지만 실제로 입는 가운은 아닙니다. 그들은 그것을 토끼 옷이라고 부르지 만, 재미있는 이름에도 불구하고 그것은 공장에서 가장 중요한 장비 중 하나입니다.

우리가 내내 흘린 먼지, 머리카락, 피부 입자가 깨끗한 공장 바닥을 오염 시키지 않도록 설계되었습니다 . 탈의실의 가구도 청결함을 극대화하도록 디자인되었습니다. 벤치와 신발장까지 모두 스테인레스 스틸로 제작되었습니다 . 토끼 옷 안에 안전하게 집어넣고 나면 마침내 깨끗한 구역에 들어가기 전에 한 단계가 더 남았습니다 . 당신은 특별한 “ 샤워 ”를 해야 합니다.

필터링된 공기는 수십 개의 통풍구를 통해 분사되어 여기까지 도달했을 수 있는 모든 미립자를 제거합니다. 이것은 백만년 중 30 분과 같습니다. 이것이 성공적인 웨이퍼 제조를 위해 우리가 해야 하는 제어의 양입니다 . 생산 라인은 병원 수술실보다 100 배 깨끗합니다 . 하지만 청결은 전제조건일 뿐입니다.

작업은 아직 시작되지 않았습니다. 이곳의 기계는 세계에서 가장 정교한 기계 중 일부이며, 디자인 실에서 이루어진 기술적 진보는 현실화될 수 없습니다. 모든 것은 12 인치 크기의 완벽하고 깨끗한 실리콘 웨이퍼에서 시작됩니다. 고속으로 회전됩니다. UV에 민감한 액체 몇 방울이면 웨이퍼를 고르게 코팅할 수 있습니다.

그리고 그것은 포토 리소그래피 기계로 들어갑니다. 이는 암실에서 사진을 인쇄하는 방식과 비슷 하지만 수억 달러의 비용이 들고 정확도가 일치하는 기계에서 인쇄됩니다. 60년 전, 인간의 육안으로도 볼 수 있었던 트랜지스터 . 오늘날 그 크기는 실제로 인간 머리카락보다 거의 10,000 배 더 작습니다. 이는 특히 웨이퍼에 이러한 작은 패턴을 인쇄하거나 정의하기 위한 포토 리소그래피에서 나오는 엄청난 양의 혁신입니다. 기계 내부에서 웨이퍼는 네거티브 필름처럼 디자인이 담긴 마스크를 통해 투사되는 UV 광선에 노출됩니다.

이 빛은 회로 설계를 웨이퍼에 광학적으로 인쇄하여 노출된 부분을 굳히고 노출되지 않은 부분은 에칭합니다. 이 과정은 회로가 여러 층으로 구성되어 있기 때문에 계속해서 발생합니다 . 그리고 단 몇 나노미터에 불과한 회로 경로를 사용하면 아주 작은 오염이라도 전체 생산 라인을 방해할 수 있습니다. 직원들은 토끼 옷을 입고 있을 수 있지만 오염 가능성을 최소한으로 유지하는 가장 좋은 방법은 사람들을 접근하지 못하게 하는 것입니다. 그러기 위해서는 가능한 모든 것을 자동화해야 합니다.

Fig.3 - 로딩 기계가 웨이퍼를 특수 컨테이너에 넣음.

기계가 공장 현장에서 웨이퍼를 옮기도록 하면 인간이 기계에 접근하지 못하게 할 뿐만 아니라 배송 효율성도 최적화됩니다. 로 딩 기계는 인쇄된 웨이퍼를 가져와 특수 컨테이너에 넣습니다. 그런 다음 이 컨테이너를 머리 위 레일을 따라 달리는 작은 버기로 끌어올립니다 . 이 모든 고속 교통 상황에서 작은 차량은 센서로 덮여 있어 서로를 감지 하고 너무 가까워 지면 속도를 조절할 수 있습니다. 이 초대형 공장에는 수천 대의 로봇이 있으며 , 함께 매일 약 400,000km를 이동하는데 이는 지구를 10바퀴 도는 것과 같습니다.

Fig.4 - 작은 차량이 센서로 서로를 감지함.

반도체 초기에는 웨이퍼를 사람이 수동으로 기계에 로드했습니다. 요즘에는 원격 연결 과 배송 및 검색을 위한 자동화된 자재 처리 시스템으로 인해 한 사람이 작동하는 기계 수가 이전에는 불가능했던. 10대에서 30대 또는 그 이상으로 늘어났습니다 . 공장 현장에는 전체적으로 수천 대의 거대한 기계가 있습니다 . 비용이 많이 들고 신뢰할 수 있는 만큼 지속적인 모니터링이 필요합니다.

Fig.5 - 수천 대의 로봇이 매일 400,000km 이동함.

다행히도 오염을 방지하기 위해 원격으로 수행할 수 있습니다. 공장 맨 끝에 위치한 매우 작은 직원에 의해. 우리 공장은 현재 단위로 계산하면 거의 5000개에 가까운 규모로 운영되고 있습니다. 그러나 교대 근무마다 우리는 이를 달성하기 위해 70~90 명의 동료에게만 의존합니다. 따라서 반도체 산업에서는 육체 노동에서 지식 기반의 논리적 의사결정으로 바뀌었습니다. 울 프 첸 (Wolf Chen) 이 이 크루를 담당하고 있습니다.

Fig.6 - 자동화로 한 사람이 여러 기계 운영 가능함.

청정 구역 내부에 있는 수백여 개의 프로세스가 모두 계획대로 실행되고 있는지 확인해야 합니다 . 그들은 50,000개가 넘는 센서와 2억 5천만 개의 제어 지점을 마음대로 사용할 수 있습니다 . 이로 인해 매일 최대 30 페 타 바이트에 달하는 놀라운 데이터 흐름이 발생합니다 . 화면에서는 대량의 데이터를 통합하고 단순화함으로써 얻을 수 있는 몇 가지 중요한 핵심 지표를 볼 수 있습니다 . 이를 통해 모든 사람은 오늘날의 생산 우선순위를 즉시 파악 하고 공장 내의 현재 문제를 식별할 수 있습니다.

Fig.7 - 공장에는 수천 대의 거대한 기계가 있음.

웨이퍼 테스트가 끝나면 칩 제조 작업의 80% 가 완료됩니다. 그러나 이제 그들은 사용 가능한 구성 요소로 변환되어야 하는 마지막 과제에 직면하고 있습니다. 각 웨이퍼에는 많은 칩이 인쇄되어 있습니다. 이제 그들은 분리되어야 합니다. 이는 다이 아몬드 날을 사용하여 절단하는 데 사용되는 가장 오래된 기술 중 하나를 통해 수행됩니다.

Fig.8 - 공장 자동화로 오염 가능성을 최소화함.

개별 칩이 추출되어 회로 기판에 하나씩 배치됩니다. 다음으로, 다른 구성요소와 통신할 수 있도록 연결되어야 합니다 . 가는 금 선은 더욱 정밀한 기계로 연결됩니다. 실리콘 웨이퍼 자체는 매우 취약합니다. 습기가 있거나 환경에 부식이 있으면 실리콘 칩이 손상될 수 있습니다.

Fig.9 - 반도체 산업이 육체 노동에서 지식 기반으로 변화함.

따라서 백 엔드 프로세스에서는 실리콘 칩을 캡슐화 하여 모든 종류 의 기계적 손상은 물론 환경적 손상으로부터 보호할 수 있습니다 . 익숙한 검정색 보호 케이스에 들어가면 이 칩은 테스트되었습니다. 흠집이 나지 않은 것은 모두 제거됩니다. 그런 다음 적격한 모든 부품에 레이저 태그가 부착되어 쉽게 식별할 수 있습니다. 이제 그들은 세계로 나가서 사용할 준비가 되었습니다.

Fig.10 - 50,000개 센서로 데이터 흐름이 발생함.

이 특별한 과정은 의심할 여지 없이 세계의 모습을 변화 시켰으며, 그것이 세련되고 계속 발전함에 따라 계속해서 변화할 것입니다 . 그러나 모든 것과 마찬가지로 그것이 가져오는 이점에는 비용이 따릅니다. 프로세스는 항상 더욱 복잡 해지고 있습니다. 과거에는 더 간단한 단계가 필요했지만 이제는 더 복잡해야 합니다. 즉, 프로세스를 완료하려면 더 많은 물과 전기가 필요합니다.

Fig.11 - 웨이퍼 테스트 후 칩 제조 작업이 완료됨.

공장이 계속 운영되고 있는 우주선으로 돌아갑니다 . Rex Lai 와 그의 팀은 이러한 거대 공장의 요구로 인해 필연적으로 환경에 가 해지는 부담을 완화하려고 노력하고 있습니다 . 우리는 공장 내에 세계 최초의 화학물질 농축 시스템을 설치했습니다 . 그 목적은 버려 진 이소프로필 알코올 (IPA) 을 재사용 가능한 원료로 전환하여 구매자에게 매력적으로 만드는 것입니다. 그들은 칩 제조 공정에 사용되는 다양한 다른 화학 물질을 사용하여 동일한 성공을 달성하려고 노력하고 있습니다 .

Fig.12 - 다이 아몬드 날로 칩을 절단함.

이전에는 15% 농도 로 소각되었으나 80% 가 재활용될 수 있습니다. 공장은 전 세계적으로 점점 더 큰 압박을 받고 있는 자원인 다른 어떤 자원보다 더 많은 물을 사용합니다. 이곳 공장의 영리한 처리 시스템은 사용된 물의 거의 80%를 재생하여 소비를 크게 줄입니다. 우리는 사물을 수평적으로만 보지 않습니다. 우리는 수직적 접근 방식도 취하고 있습니다.

Fig.13 - 실리콘 칩을 캡슐화하여 보호함.

그래서 우리는 새로운 공장에서 벽에 식물을 심기 시작하여 녹지대를 만들고 18,000 평방미터의 녹지 공간을 생성 하여 환경을 크게 개선했습니다. 이러한 녹색 벽은 공장 내 환경을 유지하는 데 사용되는 에너지를 줄이는 데 도움이 됩니다 . 그리고 재생 에너지를 사용하면 작은 마을에서 사용하는 전력과 맞먹는 전력을 절약할 수 있습니다. 우리는 칩만 제공하고 다른 것은 제공하지 않습니다. 환경에 미치는 영향을 최대한 적게 남기려고 노력합니다.

Fig.14 - 재활용 시스템으로 화학물질 농축 가능함.

지구 온난화의 부정적인 영향을 알 수 있습니다. 우리는 우리의 역할을 수행해야 하며 대만에서도 계속 그렇게 할 것입니다. 우리는 천연자원이 제한된 작은 섬에 있습니다. 그러나 매우 똑똑한 많은 사람들의 공동 노력을 통해 우리는 세계 생산에 필수적인 존재가 되었습니다. 이것은 확실히 자랑스러워 할 일입니다.