칩은 네모난데 웨이퍼는 왜 둥글까?

컴퓨터 과학 공부를 위해 <1일 1 로그 100일 완성 IT 지식>을 읽다가,
칩(Chip) 제조 과정에 의문 하나가 생겼습니다.

먼저 칩이란 수많은 논리게이트를 연결한 회로이며,
마이크로칩(Microchip) 또는 집적 회로 (IC, Integrated Circuits)라고도 합니다.
칩은 실리콘으로 만들어진 판 위에 모든 소자와 배선이 놓여있는 형태입니다.
칩은 가로세로 길이가 1cm 정도이고,
지름이 약 30cm인 원형 웨이퍼(Wafer) 위에서 한꺼번에 제조됩니다.
웨이퍼는 잘려서 각 칩으로 나뉘고, 칩은 하나씩 패키징 됩니다.
일반적인 칩은 칩보다 더 큰 패키지의 중앙에 장착되어 시스템의 나머지 부분과 연결됩니다.

여기서 의문이 들었습니다.
칩은 가로세로 1cm 정도로 정사각형인데, 웨이퍼는 지름이 약 30cm인 원형입니다.
원형 판 위에 사각형 모양의 칩을 만든다면
원형 판의 가장자리에는 칩을 심지 못하는 여백이 생깁니다.
웨이퍼가 칩과 마찬가지로 사각형이었다면
여백 없이 모든 공간을 활용하여 더 많은 칩을 만들 수 있었을 텐데,
굳이 원형인 이유가 무엇일까요?

질문에 답하기 앞서,

웨이퍼 공정 과정을 영상으로 보시고 나면 답변이 훨씬 쉽게 이해되실 겁니다.

 

https://youtu.be/ad-fZDchlo0

 

 

 

영상 보고 오셨나요?

웨이퍼는 모래에서 추출한 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 만듭니다.

실리콘 액체에 seed라 불리는 단결정 실리콘을 넣고 서서히 돌려주면

실리콘 액체는 seed의 모양을 따라 원기둥 형태로 굳어집니다.

이렇게 만들어진 원기둥 모양의 실리콘을 잉곳(Ingot)*이라고 합니다.

다음 단계로 잉곳을 얇게 잘라 판 모양으로 만드는데, 

이때 잉곳의 단면, 즉 잘린 판의 모양은 원이 되겠지요.

 

* 잉곳(Ingot): 주괴(특히 금·은을 벽돌 모양으로 만든 덩이)

 

 

하지만 잉곳을 자르기 전에,

잉곳을 사각 틀에 다시 녹인 후 굳혀서 직육면체 모양으로 만들면 되는 것 아닐까요?

 

잉곳의 순도는 99.99% 이상이어야 합니다.

만약 잉곳을 사각형으로 만든다면 실리콘을 사각 틀에 녹인 후 굳혀야 하기 때문에

순도가 높지 않은 다결정의 웨이퍼가 만들어집니다.

다결정 웨이퍼는 단결정 웨이퍼보다 전기적 성질이 떨어지고, 효율 또한 낮습니다.

 

또한, 웨이퍼의 내구성은 생각보다 약해서 회전 시 모서리 부분이 파손될 수 있는데,

웨이퍼가 원형이라면 사각형일 때보다 표면 전체에 충격을 고르게 분산시켜 더 잘 견딜 수 있겠죠.

마지막으로, 웨이퍼의 경사면은 사각형일 때보다 원형일 때 고르게 만들기 쉽습니다.

 

이러한 이유로 웨이퍼는 원형인 것입니다.