한국훼스토 부스 전경
한국훼스토는 ‘Unlock Innovation, Empower Productivity’라는 슬로건을 내걸고, 반도체 생산의 자동화와 생산성 제고를 가능케 하는 다양한 솔루션을 대거 선보였다.
특히, 피에조(Piezo) 공압 제어 기술을 집약한 웨이퍼 핸들링(Wafer Handling)을 비롯해서, N2 퍼지, 게이트 밸브, 리프트 업-다운, 핀 리프트 및 유체 제어 기술을 모두 현장에서 라이브로 데모를 시연해 보였다.
이들 솔루션의 핵심 기술은 피에조 기술로, 한국훼스토는 경쟁 업체와 확연히 차별화되는 피에조 기술력을 내세워 보다 정밀한 제어, 생산성 제고가 가능하다는 점을 강조하며, 반도체 시장에서의 점유율 확대를 도모하고 있다.
1. 웨이퍼 핸들링
반도체 생산을 위한 정밀한 피에조공압제어 솔루션을 집약한 데모다. 기존에 공압으로 구현할 수 없는 것으로 생각되어온 여러 모션들을 구현하고 있다. 이 외에도 핀 리프트, 디스펜싱, 리프트 업-다운 솔루션 관련 특화 데모도 소개됐다.
이 데모에서는 4가지 어플리케이션을 보여주고 있다.
하나는 웨이퍼훕에 N2를 퍼지하는 어플리케이션이다.
두 번째는 게이트 밸브가 열리고 닫힐 때 끝단의 충격을 줄여주기 위해 소프트스탑이라는 펑션을 탑재해 부드럽게 쓸 수 있게 한 어플리케이션으로, 이를 통해 올이 갈리거나 해서 파티클 이슈가 생기고 제품의 수율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
세 번째는 웨이퍼를 장비에 넣어주면 웨이퍼가 업다운 하는 리프팅 시스템이다.
네 번째는 피에조 밸브로 공압실린더 3개를 동기제어하고 위치제어, 가감속 제어하는 어플리케이션이다. 피에조 기술이 들어간 모션제어 밸브 터미널이 소개됐다.
피에조 밸브를 이용해서 케미컬이나 약액을 디스펜싱할 때 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 피에조 밸브로 케미컬 밸브의 압력을 일정하게 조절하고 있다. 거기에 석백(Suck-Back) 펑션이라고 해서 피에조 밸브로 마지막 방울이 드롭되는 걸 방지해주는 어플리케이션까지 보여주고 있다.
한국훼스토 관계자는 “훼스토의 반도체 핵심 애플리케이션을 한 데 모아 선보이고 있는 데모라고 보면 된다. 고객이 의뢰하면 곧바로 판매도 물론 가능하다.”라고 말했다.
웨이퍼 핸들링 데모
Pin Lift와 디스펜싱 공정을 보여주는 데모다.
A) 웨이퍼 Pin Lift 데모
피에조 기술 기반의 비례제어 밸브를 통해 공압을 이용해 모션 제어를 하는 기술을 선보였다. 일반 공압실린더의 속도뿐만 아니라, 힘 제어, 동기 제어가 가능하고 다 위치 제어가 가능하다는 것이 핵심이다. 모터를 사용하지 않아 공간 효율성이 뛰어나고, 디지털 파라미터를 통해 동작하기에 유연한 움직임을 보장한다.
한국훼스토 직원은 “기존에 공압으로 자동화를 했을 때 볼 수 없었던 솔루션이다. 기존 공압으로 개별 축들을 제어하기는 매우 힘들었다. 왜냐면 공압 방식 자체가 사람 손으로 매뉴얼 밸브를 조작해서 맞췄기 때문이다. 그러나 피에조 밸브와 엔코더 역할을 하는 포지션 센서를 달아서 원하는 위치에 컨트롤을 할 수 있다. 실린더 안의 마그네틱이 계속 센서를 감지하고 있어서 10 포지션, 5 포지션을 이 센서 하나로 해결할 수 있다. 기존방식은 원하는 위치에 감지센서를 다 달아야 했지만, 이 센서로 전력값을 피드백 받아서 멀티 포지션을 할 수 있다. 기존의 공압시스템은 엔드 투 엔드 포지션만 한다면, 멀티 포지션을 할 수 있다는 것이 핵심이다.”라고 설명했다. 또 “기존에 0.5 밀리미터에서 1 밀리미터의 반복정밀도를 가졌던 것을 우리 특수 실린더와 피에조 밸브를 통해서 100분의5 밀리미터의 정밀도로 더 정밀하게 컨트롤 할 수 있다. 피에조 밸브가 가장 중요하다. 정해놓은 알고리즘에 의해서 이 피에조 밸브가 자동적으로 압력을 받쳐줘서 이 실린더 3개 포인트를 동기제어하고 있다. 동기제어를 하려면 일반적으로 전동 드라이버를 써야 하는데, 전동 드라이버가 아닌 공압으로 이런 것들을 구현해 낼 수 있다는 것을 보여주고 있다.”라고 덧붙였다.
Pin Lift & Dispensing 데모
B) 디스펜싱 데모
피에조 밸브를 이용해 디스펜싱 압력의 모션 프로파일 제어를 구현했다. 다수의 수동 제어를 디지털화하여 효율적인 유지보수 관리를 가능케 하는 솔루션이다. 최대 10mbar의 압력 제어가 가능하다.
한국훼스토 직원은 “약액을 디스펜싱할 때 약액 밸브를 컨트롤 해주는 파일럿 포트에 사람이 조절하는 매뉴얼 밸브를 사용한다. 매뉴얼 밸브와 온오프 밸브를 써서 온오프 되면서 밸브를 컨트롤 해주는데, 이런 약액장비는 이런 밸브를 한 장비당 70~80개를 쓴다. 그런데 이 70~80개를 사람이 다 일률적으로 맞춰야 된다. 사람의 감각이나 눈금으로 맞추는 걸 피에조 밸브를 활용해서 디스펜싱되는 걸 보여주고 있다. 디스펜싱을 사람의 감각에 의존하는 것이 아니라 디지털화시켰다. 수치화된 값으로 더 미세하고 일률적으로 제어를 할 수 있다. 약을 쓰는 공정에 사람이 들어가서 작업을 하게 되면 유해물질에 노출될 수 있다. 피에조 밸브를 쓰면 사람의 감각이 아닌 실제 보이는 값으로 컨트롤하면서 정확하고 디테일하게 컨트롤할 수 있다. 피에조 밸브가 파장 모션을 통해 가장 기본이 되는 매뉴얼 밸브를 디지털화시켰다. 매뉴얼에서 디지털화된 값들을 가지고 향후 우리 훼스토가 가고자 하는 방향은 AI 플랫폼으로 중요한 어떤 값들을 계속 모니터링하고, 값들이 틀어졌을 때 헬스를 체크해서 알람을 주는 Festo AX다. 공장자동화에 가장 기본이 되는 이 데이터들을 이 시스템을 통해서 제공하고 유지관리할 수 있다.”라고 설명했다.
3. N2 퍼지
N2퍼지 시스템은 정밀한 N2 유량 제어를 위해 피에조 밸브를 사용하여 운송 및 보관 중에 웨이퍼의 산화 및 오염을 방지하는 시스템이다. 통합 모듈형으로 제작될 수 있어서 구조가 간단하고, 누출 위험이 낮으며, 기구 공간을 절약할 수 있다. 또한 기존 대비 95% 이상의 에너지 절감과 CO2 배출을 저감할 수 있는 솔루션이다.
한국훼스토 직원은 “N2 퍼지 시스템은 반도체 산업에서 웨이퍼를 운반 및 보관해야 할 때 산소로 인해 웨이퍼가 산화되지 않도록 방지한다. 이를 위해서 비용 효율적인 컨트롤러가 웨이퍼 주변의 공기에 불활성 질소를 공급한다. 질량 유량 컨트롤러(MFC)로도 불리는 유량 컨트롤러는 피에조 기술 기반으로 센서 기술에 내장되어 있다.”라고 말했다.
이와 함께 “N2를 계속 주입해야 하는데 과거에는 계속 주입하는 식으로 했다면, 지금은 유량을 원하는 대로 맞춰서, 보관하고 있을 때는 많은 유량을 공급하지 않아도 되니까 그때는 적은 유량대의 N2를 공급하고, 문이 열리는 상황이 생기면 많이 공급이 돼야 되니까 그럴 때만 많이 공급할 수 있게끔 유량을 제어해주는 MFC라는 제품을 반도체 분야에서는 많이 사용한다. 훼스토는 유량대를 조절하는 장치를 피에조 기술을 이용해서 만들고 있다. 피에조 기술을 이용한 MFC이기 때문에, 기존 솔레노이드 밸브에 비해서 전력소비량이 굉장히 낮다. 싱글밸브 타입의 경우에는 2와트 미만으로 제품들이 준비되어 있고, 매니폴드 타입의 MFC도 개발 중인데, 이 제품은 5채널로 꾸렸을 때 6와트 미만으로 사용할 수 있어서 저전력을 사용할 수 있다.‘라고 강조했다.
또 ”훼스토에는 VTEP라고 하는 밸브 터미널이 있는데, 이 제품은 기본적으로 압력제어, 모션제어를 많이 한다. 여기에 추가기능으로 흐름제어라는 어플리케이션을 구매해서 다운로드하면 밸브를 흐름제어 용도로 변경해서 사용할 수 있다. VTEP도 유량제어를 할 수 있다는 걸 보여주는 데모다. MFC를 이용해서 N2퍼지를 하고 있다.“라고 설명했다.
한편, 훼스토는 200LPM까지 사용할 수 있는 MFC를 개발 중으로, 올 연말에 출시할 예정이다.
N2 퍼지 데모
4. 게이트 밸브
반도체의 게이트 밸브는 서로 다른 공정 간의 교차 오염 및 간섭을 방지하기 위해 공정 챔버에서 사용되는 기술이다. 공정 순도 및 반복성에 대한 고객의 엄격한 요구사항을 충족하기 위해 게이트 밸브의 개폐 충격력을 최소화하는 솔루션을 보여주고 있다. 공정 안정성과 생산량 증가를 기대할 수 있다.
한국훼스토 직원은 “게이트 밸브가 있고 이 게이트 밸브를 움직이게 만드는 피에조 밸브가 있다. VTEM이라는 밸브가 모션을 만들어주는 밸브다. 이 게이트 밸브는 반도체 웨이퍼 프로세싱에 사용되는 밸브인데, 챔버에 진공을 만들어주기 위해 게이트 밸브가 실링을 해준다. 실링을 하는 과정에서 너무 빨리 닫혀도 안 되고, 너무 빨리 떨어져도 안 된다. 왜냐면 그게 진동을 발생시켜서 파티클을 만들기 때문이다. 그래서 이 모션은 처음에 떨어질 땐 천천히 떨어졌다가, 중간의 직선구간에서는 고속으로 움직이고, 다시 고속으로 와서 감속을 해서 천천히 붙는다. 그렇게 해서 진동을 상쇄시키고, 파티클 발생을 억제시키는 방식으로 모션을 한다. 이런 모션을 구현하는 게 VTEM 밸브다.”라고 설명했다.
VTEM 밸브