[르포] 인텔 1.8나노 공정의 현장, 애리조나 주 '팹52'에 가다

[애리조나(미국)=권봉석 기자] 인텔은 2021년 팻 겔싱어 전임 최고경영자(CEO) 취임 이후 '4년 동안 5개 공정 실현'(5N4Y) 로드맵 아래 각종 첨단 공정 리빌딩에 들어갔다.

그간 도입하지 않았던 극자외선(EUV) 기반 4나노급 공정 '인텔 4'(Intel 4), 이를 개선한 '인텔 3'(Intel 3)에 이어 올 하반기부터는 1.8나노급 '인텔 18A'(Intel 18A) 공정을 가동중이다.

인텔 18A 공정은 EUV를 활용하는 인텔 세 번째 공정이며(상용화 기준) 차세대 트랜지스터 구조 '리본펫'(RibbonFET), 반도체 후면 전력 전달 기술(BSPDN) '파워비아'(PowerVia)를 모두 투입한다.

미국 애리조나 주 오코틸로 소재 인텔 반도체 생산시설. (사진=지디넷코리아)

인텔은 지난 9월 28일부터 30일까지 3일간 진행된 연례 기술행사 '테크투어' 기간 중 인텔 18A로 각종 제품을 생산하는 미국 애리조나 주 오코틸로 소재 '팹52' 일부를 글로벌 기자단과 애널리스트에 공개하는 행사를 진행했다.

인텔, 1979년 이후 애리조나에 70조 투자

인텔은 1979년 애리조나에서 사업을 시작한 이후 이 지역에만 500억 달러(약 70조 1150억 원) 이상을 투자했다. 1990년대 초 2.83 제곱킬로미터(700에이커) 규모 농지를 매입해 반도체 생산 시설을 건립한 뒤 팹12가 가동을 시작했고 1996년 팹22, 2000년대 초 팹32가 완공됐다.

팹52는 2021년 말에 착공돼 2년 뒤에 완공됐다. 새 건물을 올리기 위해 올림픽 규격 수영장 400개를 채울 수 있는 흙과 바위를 파냈고 60만 입방미터의 콘크리트와 7만 5천 톤의 철근, 900만 미터에 달하는 배관과 케이블 등 설비 라인을 설치했다.

팹52 옆에는 시설 확장을 위한 새로운 시설인 '팹62'의 기초 공사가 한창이었다. 향후 인텔 18A 공정의 수요가 늘어나면 이 부지에도 새로운 건물을 세우고 장비가 반입될 예정이다.

팹52와 팹62를 만드는 데 드는 비용은 총 320억 달러(약 44조 9천억 원) 가량이다. 막대한 시설투자에 따른 부담을 줄이기 위해 챈들러 소재 2개 반도체 생산시설 지분 중 49%를 캐나다 소재 투자그룹인 브룩필드자산운용에 넘기기도 했다.

인텔 18A, 애리조나와 오레곤 주서 가동

인텔은 첨단 공정을 미국 오레곤 주 힐스보로에서 먼저 개발한 다음 이를 전세계 생산시설에 그대로 옮기는 방식으로 사업을 진행한다. 인텔 18A 역시 미국 오레곤 주와 애리조나 주 두 곳에서 가동된다.

인텔 18A 공정은 오레곤 주 힐스보로에서 개발돼 애리조나에서 대량 생산된다.

인텔 18A 공정은 인텔 자체 제품과 외부 고객사 제품에 활용된다. 또 향후 인텔 파운드리의 자립 여부를 가늠할 수 있는 매우 중요한 공정이다.

팹52에서 생산된 코어 울트라 시리즈3(팬서레이크) 프로세서. (사진=인텔)

이 공정의 가장 큰 고객사는 모바일(노트북)용 프로세서 '코어 울트라 시리즈3'(팬서레이크), E코어 제온6+(클리어워터 포레스트)를 생산하는 인텔 프로덕트 그룹이다. 아마존과 마이크로소프트, 미국 국방부, Arm 등 일부 외부 고객사도 소량 확보했다.

부지 내 주요 교차로마다 특이한 표지판 눈길

지난 9월 30일 오후, '인텔 테크투어 US' 행사장에서 약 35킬로미터(22마일) 떨어진 애리조나 주 오코틸로 소재 인텔 사업장으로 향했다.

애리조나는 사막이라 한 낮 기온이 40도를 넘는 일도 곧잘 벌어진다. 야외 주차장에는 직사광선으로 자동차 내 온도가 오르는 것을 막는 용도로 태양광 발전을 겸한 차단막을 설치했다.

시설 안 주요 교차로 표지판마다 '혁신로', '프로세서 길' 등 특이한 표지판이 보인다. (사진=지디넷코리아)

시설 안 주요 교차로마다 인텔이 생산하는 제품에 걸맞는 '혁신로', '프로세서 길' 같은 특이한 표지판이 눈길을 끈다.

30마일 통로 돌아다니며 웨이퍼 자동 운송

팹52는 사무동인 'OC43' 건물을 거쳐 들어간다. 기자단을 안내한 입사 19년차 한인 엔지니어는 "오늘 들어갈 시설은 실제로 상품화될 반도체가 생산될 시설이니 어떤 장비든 함부로 손을 대면 안된다"고 설명했다.

덧신과 두건, 보안경과 장갑을 쓰는 복잡한 절차 끝에 들어선 생산 시설은 웨이퍼에 영향을 적게 주는 노란색 조명을 시작으로 머리 위를 부지런히 돌아다니는 FOUP(풉, 전면개방통합포드), 반도체 생산을 위한 고가 장비가 돌아가는 소리로 어수선하다.

FOUP은 애리조나 반도체 생산시설에 마련된 30마일(약 48.28km) 길이 통로를 따라 돌아다니며 반도체 웨이퍼 20-40장을 각 공정마다 실어나른다. 각 팹 사이 통로는 약 1마일(약 1.6km) 가량이다.

분당 6번 먼지 걸러내..."코로나도 못 버텨"

반도체 생산 공정은 미세한 입자가 불량률에 큰 영향을 미친다. 반도체 다이 한 조각이 손상되면 이를 공급받는 고객사는 적게는 수백 달러, 많게는 수천 달러까지 손해를 본다.

인텔은 일정 전 기자단에 "미세한 입자가 날릴 수 있는 화장이나 헤어 스프레이 사용도 불가능하다"고 설명했다. 취재에 필요한 메모도 먼지가 날리지 않도록 만들어진 특수 노트와 전용 펜으로만 가능했다.

내부 공조 기기는 10초당 한 번, 분당 여섯 번씩 공기를 순환시키며 먼지를 제거한다. 인텔 시설은 클래스10 등급으로 입방피트당 10개 이하의 먼지만 허용한다. 한인 엔지니어는 "이런 환기 시설 때문에 코로나19 바이러스조차 살아남을 수 없다"고 말했다.

EUV 장비 부지런히 가동되는 팹52

팹42 연결 통로를 거쳐 들어선 팹52는 2022년 둘러봤던 이스라엘 키르얏 갓 소재 14나노급 반도체 생산시설 '팹28' 대비 훨씬 층고가 높았다.

팹52 내부. EUV 장비 설치를 위해 층고를 높여 새로 올렸다. (사진=인텔)

한인 엔지니어는 "극자외선(EUV) 없이는 새로운 트랜지스터 구조인 '리본펫'도 존재할 수 없다"며 "EUV 장비의 덩치가 큰 데다 진동 등에 민감하게 반응하기 때문에 이에 맞는 건물을 새로 울려야 했다"고 설명했다.

노란색 조명 역시 다른 공정 대비 훨씬 짙었다. 공정이 미세할 수록 주위 빛에 더 민감하게 반응하기 때문에 영향을 최대한 줄이기 위한 조치라는 것이 엔지니어 설명이다.

10월 초 팹52를 방문한 립부 탄 인텔 CEO. EUV 노광장비가 보인다. (사진=인텔)

내부에서는 대당 3억 달러(약 4천248억원)짜리 EUV 노광장비 여러 대를 비롯해 다양한 회사들의 장비를 볼 수 있었다. 인텔은 영업 비밀을 이유로 여러 장비의 제조사나 모델명 확인이나 공개를 거부했지만, 현재 EUV 노광장비 시장에서 두각을 드러내는 회사는 단 한 곳 뿐이다.

팹52를 둘러볼 수 있는 시간은 극히 제한적이었다. 첨단 공정인 만큼 정보 노출을 최대한으로 줄이기 위한 의도로 읽혔다. 멀리 보이는 여러 장비에는 더 이상 다가가지 못하고 발길을 돌려야 했다.