진공 작업장에서

반도체 산업에서 청결성과 정밀성은 필요 불가결한 요소입니다. 스위스의 진공 전문업체인 VAT는 맥슨과 함께 웨이퍼용 드라이브 시스템을 개발했습니다.

이 핀리프터 세 개가 웨이퍼를 진공실 안으로 이동시킵니다. Photo: VAT

테크놀로지에 관심이 있는 사람들이라도 "진공 밸브"란 말을 들었을 때는 그리 큰 관심을 보이지 않습니다. 진공 밸브가 뭐 그리 매혹적일까요? 정말로 관심을 가지게 되는 시기는 동스위스의 하크(Haag)라는 도시에 위치한 글로벌 기업 VAT를 방문하고 난 이후입니다. 산업 분야에서 진공이 필요한 경우라면 세계 어디서나 VAT가 첫번 째 회사입니다. 간단히 표현하면 진공 밸브는 진공 장비로의 통로를 열거나 닫는 밸브입니다. 진공이란 의미로 슈퍼마켓의 포장된 식료품을 생각한다면 이는 물론 잘못 짚은 것입니다. 산업 분야에서 진공실은 무엇보다도 먼지 입자나 물방울이 전체 생산 단계를 파괴할 수 있는 곳이면 어디서든 사용됩니다. 따라서 이러한 테크놀로지는 이미 첨단 산업 분야에서 한창 사용되고 있습니다. 스마트폰, 평면 스크린, 태양열 전지판 및 가공 처리용 기계 등으로, 이런 제품들의 제조 과정에서 진공 장비는 반드시 필요합니다. 이에 맞춰 VAT 사는 생산한 시스템의 상당 부분을 초소형 전자공학과 반도체 테크놀로지 분야의 "Big Player"가 있는 아시아 대륙으로 공급합니다. 

웨이퍼용 리프트

초소형 전자공학 분야에서 한 가지 중요한 프로세스 단계는 소위 웨이퍼 생산과 추가 처리 과정입니다. 여기서는 얇고, 실리콘과 같은 반도체 원료의 둥근 판을 말합니다. 이러한 디스크는 집적 회로의 기초를 형성합니다. 스마트폰과 같은 현대식 가공 처리용 기계에서 수십억의 트랜지스터가 자기의 기능을 수행하려면 반도체 기판 생산에서 그 어떤 이물질이 들어가서는 안되는 것이 자명한 일입니다. 따라서 이와 같은 생산 단계는 진공실에서 다뤄지는 것이 최선입니다. 여기서의 문제는, 진공이 강하면 강할수록 외부 공기의 압력도 더욱 강해지는 것입니다. 전문적 진공실에 가해지는 압력의 힘은 대단합니다. 일반적인 밸브는 이 압력을 이겨내지 못할 겁니다. VAT 사의 밸브는 이를 해냅니다.

이 회사는 지난 몇 년간 한발짝 더 나아가 밸브 이외에도 진공실에서의 다양한 생산 단계를 위한 통합적인 시스템을 제공합니다. 이 시스템 중에 하나가 핀리프터(Pinlifter)입니다. 이는 실리콘 웨이퍼에 사용되는 일종의 "리프트"입니다. 웨이퍼는 세 개의 핀 위에 놓이고, 각 핀은 하나의 모터로 수직으로 움직일 수 있습니다. 이렇게 하여 세 개의 다리를 갖춘 리프트(three Pinlifter)가 생겨나고, 그 위에 올려진 웨이퍼는 진공실에서 처리 시스템에 의해 웨이퍼를 넘겨 받게되는 윗 방향으로 이동될 수 있습니다. 그리고 여기에 맥슨의 모터가 함께 합니다. 핀리프터는 고정밀의 메카트로닉스 드라이브 시스템으로 VAT 사와 맥슨이 수개월간 협업하여 이루어낸 성과입니다. 핀리프터용 드라이브 장치는 하나의 브러시리스 EC 플랫 모터에 인코더, 브레이크 그리고 스핀들로 구성됩니다. 특히 주요한 과제는 최대 길이가 40 mm인 드라이브 유닛이었습니다. 

VAT 사의 수석 엔지니어 마르코 아폴로니(Marco Apolloni) 씨는 다음과 같이 회상합니다: "초기에는 약 6개의 컨셉트가 있었고, 모터와 브레이크 그리고 인코더 등의 분야에서는 상이한 공급자들이 선택 리스트에 있었습니다. 4개의 컨셉트에서는 구성 요소에 기반한 방식이 매우 중요했고, 2개의 컨셉트에서는 시스템에 기반을 둔 접근이 그 중심에 있어, 전체 드라이브를 테스트한 유닛으로서(하우징, 스핀들, 모터 샤프트 및 절연부 포함) 계획하였습니다. "하지만 정밀성과 구조의 크기에 대한 요구 사항이 매우 높아서 시스템적 접근 방식만이 마지막 단계에 오게 되었습니다. 이는 많은 위험 요인을 줄일 수 있고 최적의 해결 방안을 수립할 수 있었기 때문입니다."라고 마르코 아폴로니씨는 설명합니다. 
"맥슨이 기술적인 전문성으로 인해 확신을 주었고, 모든 것을 단일 공급자로서 제공할 수 있었습니다."