유체 시스템이 반도체 팹(Fab)의 비용에 주는 영향

고성능 유체 시스템이 신규 반도체 팹(Fab) 건설에 중요한 이유

Masroor Malik, 수석 솔루션 전문가, 반도체

새로운 반도체 제조 시설(“팹(fab)”)을 구축할 때는 제품화 기간, 재질 및 설비 표준화, 반도체 팹(fab)의 전반적 비용 등 고려해야 할 점이 많습니다. 대부분의 경우 새로운 팹(fab) 구축 비용은 대체로 50억 달러 내외로 예상됩니다. 하지만, 첨단 반도체 팹(fab)의 경우(3nm 이하) 흔히 200억 달러 이상의 비용이 소요되므로, 그 어느 때보다 모든 시스템의 최적화에 대한 압력이 거셉니다.

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이러한 비용의 상당 부분은 클린룸 및 고가의 마이크로칩 제조 장비로 인해 발생하지만, 시설 전반에 걸쳐 사용되는 다른 시스템과 장비에 따라 총 소유 비용이 크게 좌우될 수 있습니다.

그에 해당하는 예 중 하나가 유체 관리 시스템이며, 이 시스템은 시설 전반에 걸쳐 필요한 위치로 액체 및 기체를 이송함으로써 근본적으로 반도체 팹(fab)의 순환 시스템 역할을 합니다. 신규 반도체 공장 건설을 진행하는 경우에는 개발의 기본 공학 설계(FEED, front-end engineering and design) 단계에서 고품질 유체 시스템 부품 및 어셈블리를 지정하는 한편, 유체 시스템 공급업체와 긴밀히 협력함으로써 팹(fab)의 단기 및 장기 수익성을 높일 수 있는 중대한 기회가 있습니다.

반도체 팹(Fab)의 유체 시스템 접근 방식

다음과 같은 다섯 가지 방법으로 유체 시스템의 설계 및 설치에 신중하게 접근하여 반도체 팹(fab)의 수익성을 높일 수 있습니다.

#1. 더 빠르고 누설 없는 설치

일반적으로 신규 팹(fab) 구축이란 새로운 생산 기술 및/또는 생산량 확대를 의미하며, 경쟁에서 앞서 나갈 수 있도록 제품화 기간을 단축하는 것이 일차 목표입니다. 반도체 제조 및 생산은 최대한 빨리 시작되는 것이 바람직하며, 때로 이차 시설이 완료되기 전에도 시작됩니다.

간단히 말해 낭비할 시간이 없습니다. 하지만, 복잡한 유체 시스템을 설계 및 구축하고 이를 공장 전체에 적용하는 것은 많은 시간이 소요되는 과정이며, 핵심 부품의 설치를 올바르게 수행하고 시스템 전체의 무결성을 확보하려면 상당량의 인력과 전문 지식이 필요합니다. 계약업체와 설치업체가 신뢰성이 높고 누설이 없는 시스템에 적합한 지식을 갖추거나 또는 교육을 받지 못했다면 이 과정이 특히 어려워질 수 있습니다.

전 세계적으로 건설 업계의 인력 부족이 지속되고 있으므로, 맞춤형 설계 및 사전 제조 방식의 유체 시스템 어셈블리를 사용하면 건설이 진행되는 동안 설치 문제를 해결하고, 복잡한 서브시스템을 조립하는 데 상당량의 인력을 절감하는 데 도움이 됩니다. 고객 여러분의 요구를 이해하면서 고품질 부품으로 제조되며 설치하기 쉬운 완벽한 어셈블리를 제공할 수 있는 공급업체를 찾아 보십시오. 시간을 절약함으로써 팹(fab)을 훨씬 더 빨리 정상 가동할 수 있고, 반도체 생산을 최대 규모로 시작할 수 있습니다.

#2. 더 효율적인 계획 및 설계

반도체 팹(fab) 유체 시스템은 튜브 피팅, 밸브, 레귤레이터, 호스, 튜빙 등 다양한 부품으로 구성됩니다. 올바른 시스템 계획, 효율적인 설계, 효과적인 튜브 라우팅 및 기타 설치 모범 사례를 수행하면 시스템을 더 빠르게 가동할 수 있고, 시설의 수명주기 동안 신뢰성 높은 성능을 구현할 수 있습니다.  

복합 웨이퍼 가공 툴과 가스 공급 스키드의 복잡성이 심화됨에 따라, 일련의 복잡한 튜빙 방향 변경이 필요한 서브시스템은 사내 설계자나 설치업체에 골칫거리가 될 수 있습니다. 튜브 벤딩은 현장 외부에서 실행되므로, 다시 한번 전체 서브어셈블리를 제공하는 공급업체와 협력하는 것이 중요합니다. 전체 서브시스템이 배송 후 즉시 설치 가능하며 누설이 없게 됩니다.

그 외의 경우, 효율적으로 설계된 유체 시스템에는 피팅이 추가적으로 사용된 다수의 튜브 벤딩이 적용될 수 있습니다. 불필요한 연결 지점을 줄이면 반도체 팹(fab) 건설업체가 추가 부품에 드는 비용을 절약할 수 있으며, 잠재적인 누설 지점도 줄일 수 있습니다. 제조업체는 고품질 유체 시스템 부품을 지정하고, 필요할 경우 유체 시스템 설계/서비스 전문가로부터 지원을 받음으로써, 건설 과정에서 단기 비용은 물론 시설의 전체 수명주기 동안 발생하는 총 소유 비용까지 절감할 수 있습니다.

#3. 총 수명주기 비용 절감

반도체 팹(fab)에서 생산이 시작된 후에는 운영 효율과 처리량 극대화가 우선순위가 됩니다. 유체 시스템 장애로 인한 가동 중단은 특히 AI, 자동차, HPC 부문의 팹(fab)에서 시간당 수백만 달러의 생산 손실로 이어질 수 있습니다. 공정 시작 단계에서 고품질의 부품 및 어셈블리를 소싱하면 시설의 전체 수명 기간 동안 유지보수운영(MRO; maintenance, repair, and operations) 필요성을 줄일 수 있습니다.

예를 들어, 특히 온도와 가스 공급 시스템을 면밀하게 제어해야 하는 첨단 재질의 경우 열 안정성이 점점 중요해지고 있습니다. 하지만, 냉각수 운반 호스에 적절한 단열재가 적용되지 않았다면 툴 챔버 내부의 온도 변동으로 인해 최대 생산량 달성에 문제가 생길 수 있습니다. 시작 단계에서 호스에 적절한 유형(및 양)의 단열재를 선택하면, 반도체 팹(fab) 환경에서 흔히 일어나는 응축수 등 여러 문제의 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.

건설 시작 단계에서 고품질 부품과 잘 설계된 시스템을 선택하면 더 짧은 시간 안에 더 수월하게 MRO 활동을 실행할 수 있습니다. 게다가, 시간이 지날수록 필요한 부품과 애플리케이션 교체 횟수도 줄어들 것입니다. 비용과 가동 중단이 감소됨에 따라 장기적으로 시설의 높은 생산성과 수익성을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

#4. 글로벌 품질의 표준화

반도체 팹(fab) 소유주들은 최대 생산 실현성을 확보하고 품질 요건을 유지하기 위해, 전 세계 여러 지점에 최상의 표준과 공정을 균일하게 적용할 수 있는 방법을 생각해야만 합니다.

모든 시설을 통틀어 유체 시스템 부품과 애플리케이션을 표준화하면 이에 도움이 될 것입니다. 일관적인 시스템은 더 간편한 유지보수, 설치 기술의 연속성 향상, 생산 작업의 전반적인 안전성에 기여합니다. 지역별 규정 준수 요건을 충족하면서 일정을 유지하려면 전 세계에서 일관적인 제품 사양, 적시 생산(JIT) 물류, 현지 필드 지원을 제공하는 공급업체가 필수입니다. 모든 시설에 걸쳐 이러한 기업과 협력하면 효율 및 설계 선택을 최적화하여 세계적으로 수익성을 크게 높일 수 있습니다.

#5. 생산성 및 처리량 수율 증가

반도체 팹(fab)의 시운전이 끝나고 운영 상태가 되면, 안정적인 유량을 유지하며, 파티클 분산을 방지하고, 잦은 종료가 필요 없는 시스템을 확보하는 것이 생산 수율과 팹(fab) 가동 시간을 직접적으로 개선할 수 있습니다. 생산업체는 생산 신뢰성을 확보함으로써 이처럼 경쟁이 치열한 업계에서 우위를 점하거나 지킬 수 있습니다.

오늘날의 반도체 팹(fab)에서는 불과 0.5%의 수율 저하라도 연간 수천만 달러의 가격 손실로 이어질 수 있습니다. 유체 시스템 신뢰성이 이제 1일차부터 ROI 논의의 일부입니다. 지금까지 설명한 대로 팹(fab) 전반에 걸쳐 핵심 유체 시스템에 고품질 부품, 구성품, 서브어셈블리를 소싱하면 다양한 이점을 확보할 수 있고, 시설의 수명주기 동안 발생하는 총 소유 비용을 줄일 수 있습니다.

작은 변화로 반도체 팹(Fab)의 비용 절감

전 세계 여러 곳에서 새로운 반도체 팹(fab)이 가동을 시작하고 각 지역에서 국내 생산량을 촉진하려는 지정학적 압력이 거세지면서, 모든 설계 선택이 중요합니다. 고품질 유체 시스템은 더 이상 단순한 신뢰성 자산이 아니라, 경쟁 우위 및 자본 수익률의 전략적 동인입니다.

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