반도체 제조를 위한 고정밀·고성능 모션 부품
반도체 제조업체는 다이 크기를 줄이면서 더 강력한 칩을 생산하기 위해 노력하고 있으며, 원하는 수율을 달성하기 위해 서는 생산 기계의 속도를 높이고 신뢰성을 높여야 한다. 자동 화된 웨이퍼 처리, 검사, 청소 및 기타 장비에서 이러한 목표를 달성하려면 기계의 핵심인 모션 제어 구성 요소를 비롯한 기계 설계의 기본 사항에 주의를 기울여야 한다.
최신 제조 장비의 모션 부품을 선택할 때는 수백만 사이클에 걸쳐 복잡한 모션 프로파일을 뛰어난 정확도로 수행할 수 있는 CRB(크로스 롤러 베어링), 리니어 가이드 및 포지셔닝 테이블을 선택하는 것이 중요하다. 이러한 기능과 기타 고성능을 갖춘 모션 구성 요소를 사용하면 대규모 자본 투자에 대한 더 큰 수익을 보장받을 수 있다.
ROI는 정밀하고 안정적인 모션에 달려 있다!
나노미터 규모로 칩을 제조하고 비용이 치솟는 상황에서 생산성과 수익성을 극대화하는 데 여러 가지 도전 과제가 있을 수 있다. 모션 구성 요소와 관련된 이러한 도전 과제는 다음과 같다.
• 높은 생산성과 신뢰성: 낮은 생산성은 생산 비용을 증가시킨 다. 따라서 구성 요소는 제작자의 필수적인 높은 처리량 목표를 충족해야 한다. 또한 구성 요소는 수백만 사이클을 지속적으로 정확하게 수행할 수 있어야 하며, 수리로 인한 원치 않는 정지 없이 작동해야 한다.
• 툴의 복잡성: 사실상 전체 제작 공정이 자동화되어 있으며, 정교한 칩을 생산하기 위해 복잡한 운동학 및 위치 지정을 수행할 수 있는 모션 구성 요소가 필요하다.
• 공간 제약: 섬세한 웨이퍼 제작 공정을 처리하도록 설계된 특수 장비는 종종 가장 작은 부품을 필요로 한다.
• 결함 방지: 4나노미터 공정에서 칩을 제조할 때는 정확도의 가장 미세한 변동도 웨이퍼를 손상시키고 상당한 손실을 초래할 수 있다. 극도의 정밀도가 요구되는 제작 장비는 나노 스케일의 반복 가능한 위치 지정 및 정확성을 필요로 한다.
• 오염 예방: 클린룸 환경에서는 항상 신뢰할 수 있는 먼지 방지가 필수적이다. 그렇지 않으면 입자가 웨이퍼나 민감한 장비를 오염시킬 수 있다.
반도체 제작을 위한 고정밀, 고성능 부품
반도체 제작에서 모든 모션 구성 요소가 이러한 도전 과제를 해결하기 위해 높은 성능을 제공하는 것은 아니다. 다음은 차세대 제작 장비에 사용되는 몇 가지 전형적인 모션 구성 요소와 그 특징, 속성 및 선택 고려 사항에 대한 개요이다.
크로스 롤러 베어링 (CRB)
▲ 크로스 롤러 베어링이 어떤 방향에서든 반경 방향, 추력 및 모멘트 하중을 동시에 처리하는 방법을 보여주는 응력 분석.
CRB는 반도체 제조 응용 분야에서 일반적으로 발견되는 복잡한 다축 모션에 적합한 구성 요소이다. 얇은 단면 베어링과 같은 다른 베어링 유형과는 달리, CRB는 내륜과 외륜 사이에서 롤러가 서로 직각으로 교차하는 독특한 설계를 가지고 있다. 이 배열은 레이스웨이와의 접촉을 극대화하여 베어링이 모든 방향에서 동시에 복잡한 운동학적 모션을 처리할 수 있도록 한다.
또한 크로스롤러베어링(CRB)의 큰선 접촉 면적 덕분에 하중 하에서 변형이 적고 점접촉 베어링 유형에 비해 매우 작은 탄성 변형을 보인다. 이러한 특성으로 인해 CRB는 높은 강성과 반복성을 달성할 수 있으며, 픽앤플레이스 시스템 및 웨이퍼 핸들링 장비가 요구하는 미크론 수준의 변위를 제공한다.
로봇 공학에서는 CRB의 직교 배열 롤러 덕분에 하나의 베어링만으로도 다방향 하중을 처리할 수 있으며, 다른 베어링 유형보다 공간을 적게 차지한다. 이러한 컴팩트함은 손목 및팔 움직임 조인트와 같이 좁은 공간에 배치 되는 메커니즘에 특히 이상적이다. 또한, CRB는 공장 조정된 내부 프리로드와 함께 제공될 수 있다.
CRB는 일반 베어링 및 일부 다중 점 접촉 볼 베어링 보다 낮은 회전 토크를 보이며, 정적 토크와 동적 토크 간의 차이가 최소화된다. 결과적으로, 교차 롤러 베어링은 기계가 높은 정밀도를 달성하도록 도와주며, 전력 소비를 줄이고 작동 온도 상승을 제한하여 전반적인 효율성을 높이는 데 기여할 수 있다.
IKO는 로봇 조인트에 적합한 다양한 크기와 구성을 갖춘 베어링을 제공한다. 이 제품군에는 마찰 계수(CoF)가 낮아 마모를 줄이고 전력 소비를 개선하며 드라이브 및 전체 애플리 케이션의 소형화를 지원하는 내장형 케이지 또는 분리기가 있는 교차 롤러 베어링(CRB)이 포함된다.
초슬림형(CRBT 시리즈) 및 장착 구멍 유형도 제공된다. 또한, IKO CRB는 클린룸 오염 방지를 위한 맞춤화가 가능하며, 진공 환경에서도 작동할 수 있도록 수정할 수 있다.
▲ 일부 IKO CRB는 깨끗한 포장, 특수 그리스 또는 스테인리스 스틸 레이스 링과 함께 제공된다.
리니어 가이드
반도체 제조 공정에서는 공간 제약과 긴 수명 요구에도 불구 하고 매우 높은 성능 기준을 충족해야 하는 리니어 가이드가 필요하다. 웨이퍼 제작 장비와 같은 응용 분야에서는 리니어 가이드가 작으면서도 강력하여 최소한의 유지 보수로 필요한 성능을 발휘해야 한다. 제한된 공간에서 최고의 성능을 얻으 려면, 구조가 간단하고 품질이 높은 리니어 가이드를 찾는 것이 중요하다.
예를 들어, 두 줄의 볼이 레이스웨이와 네 지점 에서 접촉하는 볼 타입 리니어 운동 롤링 가이드는 고도의 안정성과 정밀도를 제공할 수 있다. 특히 하중 방향이나 복잡성이 변할 때, 잘 제어된 프리로드가 적용된 제품은 더욱 효과적 이다. 이러한 다방향 하중 용량은 고속으로 부품을 정렬하고 설치할 때 특히 유용하다.
▲두 줄의 볼이 레이스웨이와 네 지점에서 접촉하는 구조를 가진 리니어 운동 롤링 가이드는 높은 안정성과 정밀도를 제공한다.
Master Grade
IKO의 ‘Master Grade’ 리니어 가이드는 공기 베어링 수준의 실행 정밀도를 제공한다. 프로파일 레일 스타일의 리니어 베어링은 이동 중에 작은 흔들림이 있을 수 있다. IKO는 이러한 원하지 않는 작은 움직임을 성공적으로 억제하는 독특한 기술 조합을 개발했다.
▲ 실행 정확도, 테스트 방법
▲ 실행 정확도, 기존 슬라이드 표준 길이
▲ 실행 정확도, 기존 슬라이드가 더 길어졌다.
▲ ‘Master Grade’ 기술로 흔들림이 정확하고 슬라이드가 매우 길어졌다.
▲ 흔들기 정확도 비교(35사이즈: standard, long, extra long, '마스터 등급' 의 extra long).
포지셔닝 테이블, 스테이지 및 메카트로닉스
자동화 기계에 하중을 안내하거나 위치를 지정하는 메커니즘이 필요한 경우 포지셔닝 테이블은 높은 정밀도와 신뢰성 덕분에 탁월한 선택이다. 그러나 포지셔닝 테이블에는 다양한 기능과 구성 요소가 있어 선택이 어려울수 있다. 포지셔닝 테이블을 평가할 때는 구동 메커니즘을 고려해야 한다. 리니어 모터 구동 및 볼스크류 구동 위치결정 테이블은 일반적으로 반도체 애플리케이션에 적합하다.
소형 공간에서 제어된 움직임을 제공하는 리니어 모터 위치 테이블은 웨이퍼 핸들링 장비, 검사 시스템 및 픽 앤 플레 이스와 같은 자동화 장비에 가장 적합한 정밀도, 속도 및 신뢰성을 제공한다. IKO의 Nano Linear Motor Table NT는 이동 자석 디자인을 채택하고, 큰 추력력을 생성하는 고성능 네오디뮴 자석이 장착되어 있다.
이는 전체 높이를 크게 낮추고, 케이블이 끌리는 문제를 없애며, 고속 및 높은 반응 속도의 위치 지정을 가능하게 한다. 모터와 하중 사이에 기계적 파워 전송 부품이 없기 때문에, 리니어 모터는 백래시가 없어 높은 위치 정확도를 달성하고 더 깨끗한 환경을 지원할 수 있다.
▲ 초소형 리니어 모터 구동 위치 단계는 단면 높이가 11mm, 폭이 38mm, 길이가 62mm까지 작을 수 있다.
IKO의 NT 시리즈 리니어 구동 위치 테이블은 길이가 62mm에 불과하고, 단면 높이는 11mm이다. 초슬림 버전은 폭이 38mm에 불과하다. 이 시리즈는 5초 이하의 뛰어난 자 세 정확도와 1 마이크로미터 이하의 직선도를 자랑한다.
볼 스크류 위치 테이블 중 일부는 더 무거운 하중을 이동하 거나 느린 속도로 작동하도록 설계되어 있지만, 자동화된 반도체 응용 분야에서도 매력적인 옵션을 제공한다. 소형 및 초소형 볼 스크류 테이블은 낮은 단면 높이와 좁은 폭을 갖추고 있으며, 높은 정밀도를 요구하는 응용 분야에 대해 높은 반복 성을 제공한다.
그 중 하나인 IKO의 TC 시리즈는 ISO Class 3 (U.S. Fed.Std. 209E Class 1) 클린룸 응용에 적합하다. 이 경량 테이블은 단면 높이가 최소 50mm이며, 침대 폭은 50에서 86mm 까지 다양하다. 주요 구성 요소는 고강도,내식성 알루미늄 합금, 스테인리스 스틸 및 정밀 볼 스크류로 제작되어 있으며, 스테인리스 스틸 시트, 측면 커버 및 흡입 컵이 장착되어 있어 테이블 내부에서 발생하는 먼지가 클린룸 환경으로 유출되는 것을 방지한다.
자료제공: IKO(www.ikont.com)
