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| 기술 분야 | 로봇 기술, 모터 액추에이터 기술, 드라이브 기술 |
| 기술 키워드 | 반도체, 고정밀, 생산성 향상, 데이터 활용, i3-Mechatronics,로봇,서보 |
2024년 1월 31일
반도체는 트랜지스터의 집적도를 높이고 고성능화·고기능화를 실현하기 때문에 전 공정의 제조 프로세스에서는 미세화가 한층 진행되고 있으며, 현재는 나노 오더의 반도체가 제조되고 있습니다. 이러한 하이엔드 반도체에서는 소량의 불순물이라도 제품 수율에 큰 영향을 미치기 때문에 진공 환경이나 대기 중의 깨끗한 환경하에서의 제조가 요구된다. 또한, 후공정에서는 3D 패키징 기술의 채용에 따라 다이 본딩이나 와이어 본딩 등의 제조 공정이 보다 정밀화되고 이를 실현하기 위해서는 고성능 고기능 서보 시스템이 필수적입니다.
회사는 파티클 발생을 억제하고 저진동으로 고정밀 웨이퍼 반송을 가능하게 하는 웨이퍼 반송 로봇을 제품화하고 있습니다. 또한 고정밀 데이터 수집과 해석이 가능한 AC 서보 드라이브 「Σ-X 시리즈」를 제품화해 업계 최고급의 모션 성능과 디지털 데이터를 활용한 솔루션(고장 예지 등)을 양립하고 있습니다. 이러한 제품은 당사가 제안하는 자동화에 디지털 데이터 활용을 더한 솔루션 컨셉 「i3-Mechatronics(아이큐브 메카트로닉스)」를 실현하는 제품으로, 지속적인 생산 효율·품질 향상을 실현합니다.
SEMICON Japan 2023에서는, 「바카라 사이트의 토탈 솔루션으로 세계의 반도체를 지지한다」라고 하는 테마의 아래, 반도체 업계의 과제 해결 솔루션을 전시했습니다. 클린도 향상과 진동 저감, 고정밀도를 실현한 반도체 웨이퍼 반송용 진공용 로봇 「SEMISTAR-GEKKO VD31HQF」와 대기용 클린 로봇 「SEMISTAR-GEKKO MD124D」를 소개했습니다. 또한 업계 최고급의 모션 성능을 가지고 디지털 솔루션을 실현하는 서보 드라이브 「Σ-X FT56」을 사용한 시스템도 소개했습니다.
이 보고서는 SEMICON Japan 2023에 전시된 전시품을 통해 당사가 제안하는 솔루션을 소개합니다.
반도체를 만드는 공정은 일반적으로 그림 1과 같은 웨이퍼 제조 공정과 웨이퍼에 트랜지스터층을 형성하는 전 공정과 웨이퍼를 칩으로 나누어 패키징을 하는 후 공정을 거쳐 반도체 칩이 만들어진다.
이러한 공정 중, 전 공정에서는 반도체의 미세화에 대응하는 가스가 없는 진공 환경이나 궁극의 깨끗한 환경이 필요합니다. 특히, 미세 가공 및 박막 형성의 수요 증가로 진공 공정의 중요성이 높아지고 있다. 이 때문에, 한층 더 고정밀도 그리고 고속으로 웨이퍼에의 데미지가 없는 반송을 하고 싶은 등의 요망이 있습니다.
후 공정에서는 집적도를 더욱 향상시키기 위해 칩이나 패키지를 세로 방향으로 적층함으로써 집적도를 향상시키는 3차원화가 요구되고 있습니다. 그 때문에, 제조 공정이 증가하고 있기 때문에 장치를 감시해 멈추지 않게 하고 싶다고 하는 요망이나 고정밀도 동작의 요구등이 있습니다.
이러한 요구와 요구에 부응하기 위해 진공 환경이나 깨끗한 환경에 대응하여 고정밀도・저진동으로 웨이퍼를 반송하는 로봇 기술과 장치를 멈추지 않는 Σ-X 서보를 이용한 디지털 솔루션을 소개합니다.
그림 1 반도체를 만드는 공정과 당사에 대한 요구
그림 2 진공용 로봇
SEMISTAR-GEKKO VD31HQF
표 1 진공용 로봇
＊1: 당사 측정 조건에 따른 결과의 예
전공정의 진공환경이 필요한 공정에 있어서 웨이퍼의 반송 정밀도 향상에 더하여 저진동, 고진공, 저오염 등 고객의 요구에 부응하기 위해 고진공 다이렉트 드라이브 모터와 금속 벨트로 동력을 전달하는 반도체 웨이퍼 반송용 진공용 로봇 SEMISTAR-GEKKO VD31HQ (그림 2)
양팔 팔에 한 면의 2개의 웨이퍼를 동시에 들고 1시간에 약 370장을 운반할 수 있습니다. 금속 벨트의 채용에 의해 유기 오염을 내지 않고 모터의 동력을 전할 수 있는 것과, 자사제의 고진공 다이렉트 드라이브 모터에 의해 고진공 대응이 가능하다는 특징을 가지고 있습니다. 최대의 특징은 자사제의 고분해능 진공 엔코더에 의해 높은 정밀도로의 반송을 실현할 수 있다는 것입니다. 진공용 로봇의 스펙을 표 1에 나타냅니다.
SEMICON Japan 2023에서는, 핸드상에 어긋나 놓여진 웨이퍼를 보정해 탑재(AWC)하는 연속 반송을 실연했습니다.
그림 3 대기용 클린 로봇
SEMISTAR-GEKKO MD124D
표 2 대기용 클린 로봇
＊2: 당사 측정 조건에 따른 결과의 예
전공정에 있어서, 궁극의 클린과 고정밀도・저진동을 실현하기 위해서, 로봇 구동부로부터 감속기와 벨트를 없앤 다이렉트 드라이브 모터 구동의 반도체 웨이퍼 반송용 대기용 클린 로봇 SEMISTAR-GEKKO MD124D를 제품화하고 있습니다. (그림 3)
감속기·벨트 구동식 로봇은 상대적으로 진동이 커지므로, 핸드 상에 웨이퍼가 어긋나거나 충격을 주지 않기 때문에 흡착식이나 엣지 그립식 엔드 이펙터가 필요했습니다.
감속기・벨트를 폐지해, 모터가 암을 직접 구동하는 다이렉트 드라이브를 채용하는 것으로, 오염을 내지 않고, 암으로부터 엔드 이펙터로의 진동을 대폭 저감하고, 다이렉트 드라이브의 특징인 고정밀도를 실현했습니다. 이것에 의해, 패시브 그립 핸드에서도 고스루풋의 웨이퍼 반송을 실현하고 있습니다. 협소 슬롯 피치에의 웨이퍼 반송·고정밀도 웨이퍼 반송에도 대응해, 수율 향상을 실현하고 있습니다. 대기용 클린 로봇의 스펙을 표 2에 나타냅니다.
SEMICON Japan 2023에서는 SEMISTAR-GEKKO MD124D의 한 가지 특징인 저진동을 통해 2장 동시 웨이퍼 반송과 지금까지 어려웠던 7mm의 좁은 슬롯으로의 반송을 시연했습니다. 1시간에 약 350장의 웨이퍼를 운반할 수 있습니다.
고객의 생산성 향상을 실현하는 당사 서보 Σ-X는 업계 최고 수준의 모션 성능을 자랑하며 첨단 디지털 데이터 솔루션을 제공합니다. 그림 4와 같이 Σ-X의 동작 최적화 모니터를 감시하고 필요에 따라 운전 패턴을 변경함으로써 돌발적인 장치의 정지를 피할 수 있습니다.
그림 4 동작 최적화 모니터를 활용한 정지 회피
그림 5 Σ-X FT56 사양의 서보 시스템
또한 특수 사양인 Σ-X FT56에서는 외부 센서의 데이터를 서보 내에서 직접 분석하고 래더 프로그램으로 모션 제어를 할 수 있습니다. 일반적으로 외부 센서의 데이터 처리 및 모션 제어는 컨트롤러에서 수행되지만, 이는 처리 주기 및 네트워크 지연에 영향을 미치고 정확도가 떨어질 수 있습니다. 그러나 Σ-X FT56은 최고 125μs의 고속 처리로 정밀도가 높은 데이터를 신속하게 분석하여 서보 내에서 모션 제어를 수행합니다.
그림 5는 거리 센서 데이터를 Σ-X FT56으로 가져와 그 정보를 바탕으로 모션 명령을 작성하는 모습을 보여줍니다. 일련의 프로세스가 서보 단독으로 완결되므로 컨트롤러의 부하를 경감하면서 고정밀 모션 제어를 실현할 수 있습니다.
SEMICON Japan 2023에서는 거리 센서에서 기준점과 서보에서 움직이는 대상물의 거리를 측정하고 Σ-X FT56을 활용하여 기준점을 변화시킬 때 대상물의 거리를 일정하게 유지하도록 제어하는 데모를 실시했습니다. 이 데모는 컨트롤러에 의존하는 전통적인 방법에 비해 더 정밀한 제어가 가능함을 보여주었습니다. 당사의 Σ-X FT56은 고급 데이터 분석과 정밀한 모션 제어를 융합하여 고정밀 모션 제어를 자율적으로 실행할 수 있는 제품입니다.
이번에는 전 공정을 타겟으로 한 반도체 웨이퍼 반송용 진공용 로봇 「SEMISTAR-GEKKO VD31HQF」와 대기용 클린 로봇 「SEMISTAR-GEKKO MD124D」, 후공정을 타겟으로 한 서보 「Σ-X FT56」을 이용한 디지털 데이터 솔루션
회사의 반도체 반송 로봇은 진화하고 있는 전공정에 대응하고, 고정밀도·고속 반송으로 수율 향상에 공헌합니다. 또, 당사의 AC 서보 드라이브 「Σ-X FT56」은, 장치 변화를 가시화해 정밀도가 높은 분석을 할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 모션 제어를 실현할 수 있어 생산성의 향상을 실현할 수 있습니다.
반도체 시장은 통신의 5G화, 자동차의 전동화, 제품의 IoT화, 데이터 센터의 거대화 등에 따라 향후에도 확대 경향이 있습니다. 이러한 동향으로부터 반도체 제조 장치도 계속 진화할 것으로 예측되고 있다. 당사는 이러한 시장 동향에 대응하고, 반도체 시장에 요구되는 요구·고객의 곤란함에 대응하기 위해, 제품력과 기술력을 살린 솔루션을 계속 제공합니다.
향후에도 당사의 제품과 기술을 반도체 시장의 성장에 맞추어 진화시켜 시장의 발전에 공헌해 나갈 것을 목표로 합니다.
