노광, 식각, 증착까지 파고들고 나니 마지막으로 남는 궁금증이 하나 있었다. 이렇게 수백 번의 정밀한 공정을 거쳐서 웨이퍼 위에 회로를 완성했는데, 그럼 이게 제대로 만들어졌는지는 어떻게 확인하는 걸까. 아무리 정밀하게 만들어도 불량이 아예 없을 순 없을 텐데, 이 불량품을 어떻게 걸러내는지가 궁금해서 이번엔 검사·테스트 공정을 파봤다.
찾아보니 반도체 검사는 한 번에 끝나는 게 아니라 공정 곳곳에 흩어져서 여러 차례 이뤄진다는 걸 알게 됐다. 크게 나누면 웨이퍼 상태에서 진행하는 검사와, 낱개 칩으로 잘라 패키징까지 마친 뒤 진행하는 최종 검사로 구분할 수 있었다. 이걸 알고 나니 왜 반도체 원가에서 테스트 비용이 상당한 비중을 차지한다는 얘기가 나오는지 이해가 됐다. 만들다가 중간에 걸러내는 게, 다 만들고 나서 버리는 것보다 훨씬 경제적이기 때문이다.
EDS, 웨이퍼 상태에서 미리 걸러낸다
가장 먼저 알게 된 개념이 EDS(전기적 다이 소팅)였다. 이건 웨이퍼를 낱개 칩으로 자르기 전, 웨이퍼에 붙어 있는 상태 그대로 각 칩에 미세한 탐침을 대고 전기 신호를 흘려보내 정상 작동 여부를 확인하는 검사다. 이 단계에서 불량으로 판정된 칩에는 표시를 남겨두고, 이후 패키징 공정에서 이 불량 칩은 아예 제외하고 넘어간다는 걸 알게 됐다.
이게 왜 중요한지 생각해보니 답이 나왔다. 만약 이 단계에서 불량을 걸러내지 않고 그대로 패키징까지 진행한다면, 이미 불량인 칩에 포장, 연결까지 비용을 다 들이고 나서야 버리게 되는 셈이다. 반대로 웨이퍼 상태에서 미리 걸러내면 그만큼 낭비되는 비용을 줄일 수 있다는 논리였다. 앞서 공부했던 수율이라는 개념도 결국 이 EDS 단계에서 확인되는 합격률과 직결된다는 걸 다시 한번 연결지어 이해하게 됐다. 재밌었던 건 이 검사가 웨이퍼 한 장에 있는 칩 수백, 수천 개를 하나하나 다 찔러본다는 점이었다. 탐침 하나로 그 많은 칩을 순서대로 검사하는 장비의 정밀도와 속도도 그 자체로 상당한 기술력이 필요하다는 걸 알게 됐다.
패키징 이후 최종 테스트까지 거쳐야 완제품이 된다
EDS를 통과했다고 끝나는 게 아니었다. 낱개로 잘려 패키징까지 마친 칩은 다시 한번 최종 테스트를 거친다는 걸 알게 됐다. 이 단계에서는 실제 사용 환경과 비슷한 조건에서 칩이 제대로 작동하는지, 정해진 속도와 전력 기준을 만족하는지 등을 종합적으로 검사한다. 특히 온도를 극단적으로 높이거나 낮춰가며 안정성을 확인하는 신뢰성 테스트도 이 단계에서 이뤄진다는 걸 찾아보며 알게 됐다.
흥미로웠던 건 이 최종 테스트 결과에 따라 같은 라인에서 나온 칩이라도 등급이 나뉜다는 점이었다. 성능 기준을 완벽하게 만족하는 칩은 고급 제품으로, 일부 기준에서 살짝 못 미치지만 여전히 정상 작동하는 칩은 낮은 등급의 제품으로 분류되어 팔린다는 얘기를 접하면서, CPU 시리즈에서 같은 설계인데도 등급별로 가격과 성능이 나뉘는 이유를 여기서 찾을 수 있었다. 완벽한 칩만 살아남는 게 아니라, 등급을 나눠서 최대한 활용하는 방식이라는 걸 알게 되니 신기했다. 하나의 설계도로 찍어낸 칩들이 미세한 편차 때문에 서로 다른 제품으로 팔린다는 걸 알고 나니, 우리가 흔히 보는 "상위 모델, 보급형 모델" 구분이 생각보다 이런 검사 결과에서 비롯된 경우가 많겠다는 생각이 들었다.
OSAT라는 후공정 전문 기업의 존재
검사·테스트 공정을 찾아보다가 자연스럽게 알게 된 개념이 OSAT(외주 반도체 조립 및 테스트)였다. 패키징과 테스트는 웨이퍼 생산과는 또 다른 전문성이 필요한 영역이라서, 이 후공정만 전문으로 담당하는 별도의 기업들이 있다는 걸 알게 됐다. 대만의 ASE, 국내의 여러 후공정 기업들이 이 영역에서 활동하고 있고, 삼성전자나 SK하이닉스 같은 대기업도 일부 물량을 이런 전문 기업에 위탁하는 경우가 있다는 걸 찾아볼 수 있었다.
이 사실을 알고 나니 반도체 산업이 설계, 웨이퍼 생산, 패키징, 테스트까지 각 단계마다 전문화된 기업들이 얽혀 있는 훨씬 촘촘한 분업 구조라는 걸 다시 확인하게 됐다. 파운드리와 팹리스의 분업 구조만 알고 있었는데, 그 뒤에 이런 후공정 전문 기업까지 자리 잡고 있다는 걸 알게 되면서 반도체 밸류체인이 생각보다 훨씬 길고 세밀하다는 걸 실감했다. 처음 반도체 산업을 공부할 때는 설계와 생산 두 축만 있는 줄 알았는데, 알고 보니 그 뒤에도 이렇게 여러 단계의 전문 기업들이 촘촘하게 이어져 있다는 사실이 새삼 흥미로웠다.
검사와 테스트를 공부하고 나니, 반도체가 완성되기까지의 여정이 단순히 회로를 잘 그리고 잘 쌓는 것으로 끝나지 않는다는 걸 알게 됐다. 만들어진 것을 얼마나 꼼꼼하게 걸러내고 검증하느냐가 결국 소비자 손에 들어가는 제품의 신뢰성을 결정한다는 걸 이해하고 나니, 앞으로 반도체 산업 뉴스를 볼 때 이 눈에 잘 안 띄는 후공정 영역까지 함께 살펴봐야겠다는 생각이 들었다. 회로 설계나 공정 미세화만큼이나, 만든 걸 제대로 검증하는 이 마지막 관문도 반도체 품질을 지키는 데 없어서는 안 될 단계라는 걸 다시 한번 느꼈다.
회로 하나 잘 그리는 것 못지않게, 그 결과물을 끝까지 책임지고 검증하는 자세도 중요하다는 걸 이번 공부에서 배웠다. 다음엔 이 검사 장비를 만드는 기업들도 한번 찾아봐야겠다.
눈에 보이지 않는 이 검증 과정 하나하나가 결국 우리가 믿고 쓰는 전자기기의 신뢰성을 지탱하고 있다는 걸 새삼 느꼈다.
공부를 이어갈수록 반도체라는 산업의 결이 조금씩 더 선명해지는 느낌이다.
오늘은 일요일이라 증권거래소가 휴장이다.
그래서 인터넷이나 뉴스를 보면서 내가 산 주식의 정보를 찾아보고 있다.
소액이기에 관심을 목적으로 투자 하였지만,그래도 이왕이면 하락보다는 상승했으면 좋겠다.