반도체 제조에는 매우 정교하고 비싼 장비를 사용하는 복잡하고 시간이 많이 소요되는 일련의 단계가 필요합니다.
반도체 제조는 매우 정교한 고가의 장비를 사용하는 복잡하고 민감한 프로세스입니다. 마이크로일렉트로닉스 산업이 대규모 연산 기능을 합리적인 가격에 제공할 수 있는 이유는 접시 크기의 웨이퍼에서 동일한 수백 개의 칩을 동시에 조작할 수 있는 일괄 처리 능력 때문입니다. 그러나 일괄 처리의 경제성은 수백 개의 칩을 작동하는 경우에만 유효합니다. 따라서 공정 제어, 품질 보증, 표준 준수를 지원하기 위해서는 구성요소 테스트가 반드시 필요합니다.
고가의 포장 단계를 거치기 전에 불량 칩을 찾아내기 위해 패턴이 있는 웨이퍼부터 테스트합니다. 개별 장치에서 밀리미터 단위까지 측정해야 하므로 테스트 장비는 정밀하고, 반복 가능하며, 무엇보다도 정확해야 합니다. 또한 반도체 제조 공간을 구하기가 어려우므로 테스트 시스템은 최대한 작은 공간을 사용해야 합니다. 마지막으로, 테스트 공정이 미세가공 기기의 출력을 따라잡을 수 있을 만큼 빨라야 합니다. 반도체 테스트 장비 제조업체인 Proaut Technology GmbH가 PMA 웨이퍼 테스트 시리즈를 업그레이드할 때 최초의 목표는 시간당 40,000개의 부품을 테스트하는 것이었습니다. 이 회사는 Elmo Motion Control의 고성능 고효율 서보 드라이브를 사용하여 이 목표를 달성했습니다.
PMA로 측정을 시작하려면 웨이퍼 또는 패널을 테스트 챔버에 설치해야 합니다. PMA 처리 시스템은 진공 척을 사용하여 기기 옆에 위치한 매거진에서 구성요소 캐리어를 제거해 회전 포지셔닝 스테이지에 놓습니다. 실제 측정 시스템은 스테이지, 웨이퍼 포지셔닝 확인 시스템, 광학 및 전자 측정 팁으로 구성되어 있습니다. 스테이지는 X축, Y축 및 Z축에 나노 단위로 포지셔닝하고, 몇 분의 일도 단위로 포지셔닝할 수 있습니다. 자동 초점을 위해 Z축을 따라 카메라를 포지셔닝할 수 있습니다. 측정 과정에서 시스템이 패턴이 있는 웨이퍼의 섹션을 순차적으로 테스트해서 측정값을 구한 다음 측정 팁 아래의 다음 영역으로 웨이퍼를 보냅니다.
빠른 이동 및 고정 포지셔닝의 문제는 관성으로 인해 부하가 오버슈팅되어 현재 위치와 명령을 받은 위치 사이를 왕복합니다(가속도가 높고 조금씩 증분할 경우). 이로 인해 측정 오류가 발생하거나 측정 프로세스가 느려질 수 있습니다. 초기 PMA 설계는 시간당 30,000개의 구성요소를 처리할 수 있었습니다. 시간당 40,000개 구성요소의 목표 처리량을 달성하기 위해 Proaut 엔지니어링 팀은 기존 기기의 성능을 높일 수 있는 방법이 필요했습니다. 그렇게 해서 찾은 것이 Elmo Gold Whistle 서보 드라이브 제품군이었습니다.
Gold Whistle 서보 드라이브는 기타 여러 가지 장점을 제공했습니다. 이 드라이브의 설계 시 6개의 축 각각에 1개의 서보-모터/드라이브 조합을 사용했습니다. 이 응용 분야에는 고도의 Coordinated Motion이 필요했으므로 기기에 개별 축의 드라이브 작동을 관리할 수 있는 마스터 컨트롤러가 필요했습니다.
드라이브를 캐비닛에 배치하여 배선 및 통합이 간소화됩니다. 6개의 드라이브를 밀폐된 작은 공간에 넣을 경우 발열로 인한 전자 장치의 조기 고장 위험을 해결해야 합니다. 반도체 산업에서 가동 중단 시간이 생길 경우 시간당 수십만 달러의 비용 손실이 발생할 수 있으므로 팀은 이 문제를 해결해야 했습니다. Gold Whistle 드라이브는 효율이 99% 이상이기 때문에 발열을 최소화합니다.
이 드라이브는 높은 효율 외에도 말 그대로 최적의 핏을 제공합니다. 크기가 작아 더 작은 캐비닛을 사용할 수 있으므로 기기 공간이 최소화할 수 있습니다. “PMA 기기는 내부 스위치 캐비닛이 작아서 매우 컴팩트합니다.”라고 Proaut Technology GmbH의 관리 이사인 Thiol Wicht는 말합니다. “Gold Whistle 서보 드라이브의 ‘미니’ 크기로 인해 첨단 기술에 매우 유용하게 활용할 수 있습니다.”
Gold Whistle 드라이브에는 인텔리전스가 탑재되어 있습니다. 따라서 STO(Safe Torque Off, IEC61800-5-2)와 같은 내장형 안전 기능을 제공할 수 있습니다. STO는 축에서 토크를 제거하는 동안 드라이브에 계속 전원이 공급되도록 합니다. 이 조합은 재시작 속도를 높이는 동시에 작업자, 장비 및 제품의 안전을 보장합니다.
이 응용 분야에 요구되는 고도의 Coordinated Motion 제어 유형에는 정밀한 고속 필드버스 연결이 필요합니다. Gold Whistle 드라이브는 EtherCAT 또는 CANopen에 사용할 수 있습니다. 초고속 주기 시간과 최소화된 지터가 동급 최고의 실시간 성능을 지원합니다. Elmo의 Application Studio는 서보 드라이브와 모터를 위한 통합된 소프트웨어 환경을 제공하므로 제품 또는 공정 변경에 맞춰 시스템을 쉽게 조정할 수 있습니다.
지금까지 최신형 PMA 기기는 이 분야에서 성공을 거뒀습니다. Proaut 엔지니어링 팀은 Gold Whistle 드라이브의 성능에 만족해 하는 것 같습니다.