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Casestudy

PSK(피에스케이, http://www.psk-inc.com)는 국내 반도체장비 산업의 리딩 기업으로서 21세기 ‘종합 프

로세스 장치 제조사’로 재도약하기 위한 새로운 제품을 출시, 성장의 모멘텀을 만들어나가고 있다. 이를 위

해 구조 및 유동 해석 분야의 솔루션을 도입, 테스트 시행착오(Trial & Error) 감소와 납기 단축으로 경쟁력

을 강화해 나가고 있다.

CAE 도입으로 검증을 통한 새로운 표준 정립…

시제품 및 개발 비용 절감을 통한 개발 기간 단축

종합 프로세스 장치 제조업체, PSK

90년 설립된 PSK는 지난 20년 동안 반도체 Asher(세정, 애셔)장비를 주력

으로 개발하였으며, 97년 코스닥 상장, 2007년에는 PSK 주력사업분야에서

글로벌 No. 1을 달성하기도 했다. 현재 종업원은 160여명으로 지난 해 998억원

의 매출을 기록했다.

매년 반도체소자의 기술이 향상될 수 있는 것은 반도체 장비의 수준이 따

라와 주었기 때문이다. PSK의 주력 장비인 Asher장비 기술도 이에 발맞추어

꾸준히 성장하였는데, 향후 Asher장비의 기술 수준은 Etcher(에처)장비와

맞먹을 만큼 높은 기술력이 요구되고 있다.

PSK가 지난 20년이 넘게 반도체 업계에서 살아남을 수 있었던 것도 선 기

술력 확보가 주요했으며, 이러한 기술력을 바탕으로 종합 프로세스 장치 제조

사로 발돋움할 계획이다.

CAD/CAM/CAE/PLM 솔루션 구축 현황

PSK는 자동차제조사와 마찬가지로 많은 부품들과 배선으로 이루어져 있

는 기술 집약적 장치 제조업체이다. 따라서, 업무에 맞는 다양한 솔루션이 요

구된다. PSK는 그룹웨어로 PGUL을 구동 중에 있고, 기구 설계 도면의 관리

및 공유를 위해 PLM을 적용하고 있다.

부품의 자동발주시스템인 PCOS(PSK Collaboration Ordering System)와

“CAE 도입으로 그 동안 장비 내에 검증되지 않고 설계된 부품

들의 검증절차를 거치면서 새로운 표준을 정립하는 계기가 되

었다. 특히 직접 시제품을 만들어보지 않고 해석결과를 통해 성

공과 실패여부를 확인 할 수 있어서 개발 비용을 상당부문 절감

하는 효과를 누릴 수 있었다.”

― PSK 양승국 책임연구원 (박사)

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종합 프로세스 장치 제조업체, PSK

품질관리를 위한 QVIS(Quality & Vendor Information

System)를 사용 중에 있으며, 업무 진척도 및 관리를 위한

e-Project를 통하여 업무효율을 극대화하고 있다.

구매요청과 지출결의서 등록을 위한 PIMS(PSK Integrated

MRO System), 내부회계관리 시스템인 더존 NEO C3도 사용하

여 주요 업무를 단기간에 지원할 수 있도록 활용하고 있다. 최근

고객사에 한발 더 빠른 대응을 하기 위해 공정 중 장비의 상태를

모니터링하여 문제 발생 시 문제발생 시점과 이상 부위를 미리

파악할 수 있는 Smart EES를 도입하여 고객사로부터 많은 호응

을 얻고 있다.

전장설계와 관련하여 다양한 CAD 툴을 사용하고 있으며,

기구설계를 위해 프로엔지니어를 사용 중에 있다. 유동분석을

위해서는 CFDesign을 구동하고 있으며, 구조해석을 위해 지

난 해 10월 마이다스아이티의 NFX를 도입하여 사용하고 있다.

CAE 도입 배경과 선택 이유

PSK에서 CAE를 도입하게 된 배경은 경영진의 의지가 매우

컸기 때문이다. 2008년 CEO가 새롭게 취임하면서 사내 장비

개발시 Trial & Error로 많은 낭비가 발생하고 있는 상황을

인지하고, 유동해석 툴과 구조해석 툴을 도입하였던 것. 이와

함께 해당 엔지니어의 교육을 적극적으로 지원해주면서 단기

간에 유동과 구조해석 툴을 회사에 최적화 시켜, 현재는

Trial & Error의 감소로 장비 발주에 의한 납기를 상당부분

단축시키고 있다.

CAE 도입으로 인한 효과

CAE 솔루션인 NFX 도입으로 그 동안 장비 내에 검증되지

않고 설계된 부품들의 검증절차로 인해 새로운 표준을 정립하

는 계기가 되었으며, 특히 직접 시제품을 만들어보지 않고 해

석결과를 통해 성공과 실패여부를 확인할 수 있어서 개발 비용

을 상당부문 절감하는 효과를 누릴 수 있었다. 이와 관련하여

검증된 부품만 시제품하고 한번 결정되면 바뀌기 어려운 장비

전체의 구조해석을 면밀히 진행하여 미흡한 부분을 보완하기

때문에 개발기간을 단축할 수 있는 효과도 누릴 수 있었다.

향후 계획

PSK는 차세대 신장비 개발을 위해 시뮬레이션팀 뿐만 아니

라 PSK내의 기구설계 엔지니어 모두가 CAE 툴을 사용할 수

있도록 하는 것을 향후 목표로 하고 있다. 이렇듯 스킬 업과

CAE 확장을 지속적으로 진행할 예정이며, 솔루션 업체의 교육

지원에도 적극적으로 참여하고 지원함으로써 새로운 시대가

요구하는 새로운 제품 개발을 지속적으로 해 나갈 계획이다.

PSK는 진공장비상태에서 플라즈마 처리를 이용해 반도체 소자를 가공하고 있으며,

반응 용기 내에서 발생하는 문제점을 직접적으로 볼 수 없는 문제점이 있어 왔다. 그

중 고객사의 큰 불만을 사게 되었던 문제가 있었는데 장비의 반응용기 내로 들어가는

Grid가 휘어서 공정이 변하고 Contamination을 야기시키기 때문에 조속히 해결해야

할 문제였다. 플라즈마는 크게 중성자, 이온, 전자로 이루어진 전기적 준중성인 제 4상

태로 장비 내에 들어가는 Grid는 플라즈마로부터 하전입자를 제거하면서 플라즈마 손

상을 최소화하기 위해 장착되어지는데, 플라즈마의 하전입자가 지속적으로 Grid에 충

돌을 하면서 운동에너지가 열에너지로 변화되어 급격히 온도를 증가시켜 온도를 받는

부분이 다음 그림과 같이 위로 튀어 올라오는 malformation을 형성시키게 되었다.

따라서, 이러한 부분을 해결하기 위

해 우선 플라즈마로부터 몇 도의 온도가

Grid에 전달되는지를 아는가가 무엇보다

도 요구되었다. Grid는 직경 300mm 사

이즈에 플라즈마로부터 이온(Ion)은 걸러내고 라디컬(Radicals)은 기판에 도달할 수

있도록 무수히 많은 홀이 이루어져 있다. 우선 Grid의 온도를 측정하기 위해 Grid의

Edge 부분에 Thermal Tape을 부착하여 몇 도가 Grid의 중심부에 가해져서 Edge로

전달되는지를 확인해 보았다. 그 결과 다음 그림과 같이 약 170도에서 포화되는 것

을 확인할 수 있었다.

이러한 온도의 결과를 토대로 Grid의 중심부가 받는 온도를 알아내기 위해 Grid가

장착된 장비의 전체 유동해석을 진행하였고, 주입되는 기체의 Boundary Condition에

고온의 온도를 주어 몇 번의 시뮬레이션 분석을 통해 Grid의 Edge 부위가 170도의

값을 나타낼 때 중심부가 받는 온도를 다음 그래프와 같이 역으로 찾아내었다.

그 결과 플라즈마로부터 Grid에

가해지는 온도가 약 650도임을 알

아낼 수 있었으며, Grid의 재질

(Aluminum)의 Melting Point가 약 660

도 임을 감안하면 거의 임계치에

온도가 가해져서 변형을 발생시키

는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 NFX에 위의 그래프의 온도를 Boundary Condition

로 설정하여 구동시켜 보았고, 그 결과 매우 유사한 결과를 얻을 수가 있었다.

이 결과를 토대로 NFX의 구조해석 툴에 대한 검증과 솔루션 또한 얻을 수 있었

다. 즉, NFX의 구조해석 툴이 위의 결과와 같이 검증되지 않았다면 좋은 해법을 찾

았더라도 시제품을 만들어 테스트해 보기가 망설여졌겠지만, 결과가 동일하게 검증

된 이상 다양한 디자인으로 최적의 해결법을 찾는데 시간도 상당부분 단축되어 문

제 해결에 대한 강한 자신감을 가질 수 있게 되었다. 이러한 자신감을 토대로 온도

를 받는 부분에 대한 방안을 마련하여 문제 해결을 완료하였고, PSK의 모든 장비에

이 해결법이 장착되었다. 또한, 이 문제의 해결로 인해 지난 해 사내성과발표대회에

서 우승을 하면서 성과를 인정받고 있다.

CAE 툴, NFX의 적용

▲ 반으로 잘라서 포개어 놓은 모습