Busch의 최신 진공 기술로 웨이퍼 처리 시 운영 비용을 40% 절감

Frankfurt (Oder), Germany 독일 프랑크푸르트(오데르)에 위치한 IHP(Innovations for High Performance Microelectronics)는 라이프니츠 협회(Leibniz Association)의 회원입니다. 이곳에서는 실리콘 기반 시스템, 고주파 집적 회로, 무선 및 광대역 통신 기술 분야에서 연구 및 개발을 수행합니다. 연구소에서는 기업과 관련된 문제에 중점을 두고 있으며, 그 결과를 통신, 반도체, 자동차 산업, 항공우주, 원격 의료 및 자동화 기술에 적용합니다. 이 연구소는 실리콘 - 게르마늄 기술 분야에서 국제적으로 인정받는 역량 개발 센터로 발전했습니다. IHP는 Dr.Busch 사로부터 최첨단 중앙 집중식 진공 시스템을 선택했습니다. Busch GmbH는 최첨단 중앙집중식 진공 시스템을 채택하여 무균실에 진공을 공급합니다. 자동 진공 시스템은 진공을 필요하는 다양한 부분에 최대 80명의 진공 소비자에게 웨이퍼를 보관하거나 취급할 때 진공을 공급합니다
그림 1: 테스트를 위해 현미경 아래에 웨이퍼를 유지하는 데 진공이 사용됩니다.

IHP는 학계와 업계 간의 중요한 연계자 역할을 합니다. 베를린 - 브란덴부르크 지역의 응용과학 대학교들로 구성된 The Joint Labs는 이 협업에서 특히 성공적인 결과를 보였습니다. The Joint Labs는 공공 연구 기관으로서, 브란덴부르크와 독일 연방 정부가 해당 기금을 지원합니다. IHP는 전 세계 20여 개국에서 300명의 직원을 고용하고 있습니다. 직원의 약 절반이 학제간 연구 및 응용 지향적인 연구를 수행하는 과학자이며, 대부분 엔지니어와 물리학자입니다. 이 혁신적인 연구 시설의 핵심은 1,000m2 규모의 1등급의 무균실이며, 업계와 유사한 조건에서 웨이퍼를 준비합니다. 이곳에서 미래의 제조업을 분석하기 위한 웨이퍼의 시험 생산이 진행되었습니다. 웨이퍼 생산을 위한 모든 무균실에는 총 80명의 진공 소비자가 있습니다. 이는 단순히 직원이 웨이퍼를 육안 검사하는 데 수동으로 사용하는 진공 핀셋일 수도 있습니다. 웨이퍼를 운반하거나 이후 처리를 위해 지정된 구역에 웨이퍼를 내려놓기 위한 처리 장비도 진공 네트워크에 연결됩니다. 또한, 현미경(그림 1)의 다양한 진공 유지 장치는 에칭 및 코팅 공정 또는 석판 인쇄 시스템에 사용됩니다.

1999년 프랑크푸르트(오데르)의 이스트-브란덴부르크 공업지에 새로운 건물로 이전한 이후 세 개의 동일한 유봉식 진공 펌프로 구성된 진공 공급이 가동되었습니다. 하지만 IHP의 팀은 이 솔루션에 만족하지 않았습니다. 먼저 이러한 진공 펌프에는 사용 유체로 물이 필요했습니다. 이 경우 탈석회화 및 탈염 처리가 된 물이 필요하므로 또한 상당한 노력과 비용이 발생합니다. 진공 펌프가 실제 진공 요구 사항에 맞춰 조정하는 것도 불가능하여, 불필요한 에너지가 소모됩니다. 무균실의 모든 처리 단계는 중앙 진공 공급에 의존하기 때문에 팀에서는 동작 신뢰도에 대해서도 우려했습니다. 특히 예비 부품의 공급 신뢰성이 점점 더 중요해짐에 따라 이에 대한 우려가 커졌습니다.

2016년, 이들은 추세에 따라 최첨단 기술이자, 가능한 경제적으로 운영할 수 있고, 최고의 동작 신뢰도를 보장할 수 있는 진공 기술을 찾기 시작했습니다.


그림 2: 무균실 건물에 진공을 공급하는 진공 시스템

그들은 Dr.-Ing. K. Busch GmbH사의 COBRA NX 스크류 진공 펌프 세 개(그림 2)로 구성된 진공 시스템을 선택했습니다. 2016년 12월, 이 시스템은 단계별 프로세스에 따라 펌프별로 설치되었습니다. 시스템이 작동하는 동안 기존의 유봉식 진공 펌프가 해체되었습니다. 

COBRA NX 스크류 진공 펌프(그림 3)는 건식 압축을 사용하므로 진공 생성 시 사용 유체가 필요하지 않습니다. 이 진공 기술은 비접촉 작동이 가능합니다. 두개의 스크류는 실린더와 마찰이 되지 않는 상태로, 서로 반대방향으로 회전합니다.  스크류간의 간격이 매우 좁기 때문에 타 펌프와 같이 밀봉을 위한 유체가 필요없습니다. 또한 스크류 기술은 다른 타입에 비해서 정기적인 소모품 교체가 필요없습니다. 


그림 3: COBRA NX 건조 스크류 진공 펌프의 단면도

필요한 진공도에 따라서 COBRA NX 스크류 진공 펌프 3대 시스템의 속도를 제어할 수 있습니다. 이것은 작동 중인 진공 펌프만이 50 ~ 60 밀리바의 진공 레벨을 유지하는 데 실제로 필요한 것임을 보여줍니다. 두대의 COBRA NX 진공펌프로 100% 부하를 충분히 처리할 수 있습니다. 세번째 펌프는 예비 펌프로써 시스템의 안정성을 높여 줍니다. 제어 시스템은 세대의 진공펌프가 동일한 가동시간이 되도록 교번 운전이 됩니다. 제어 시스템은 필요한 진공을 일정하게 유지하게 합니다. 단계적으로 이 진공 유지 제어 시스템은 건물 제어 시스템과 연결하여서 다양한 변수에 사용할 수 있습니다.

진공 시스템은 일년 내내 작동합니다. 이것은 무균실 건물 시설의 일부이며 압축 공기 공급장치, 냉각수 처리 장치, 습식분진 정화장치 또는 전원 공급장치와 같은 다른 공급 도구와 함께 1층에 위치합니다. 이러한 모든 공급장치는 하나의 무균실에 있습니다. 라디에이터, 칠러, 변압기와 같은 추가 시스템은 1층에 위치하지만 무균실 건물의 실제 핵심 구역은 2층에 있습니다. 이곳은 웨이퍼 준비를 위한 모든 처리 단계가 있는 곳입니다.

몇 개월 만에 운영 비용이 40% 감소되었습니다. 이것은 COBRA NX 스크류 진공 펌프가 높은 효율을 가지고 있어, 모터 동력이 덜 필요하기 때문에 유봉식 진공 펌프보다 작은 모터 사이즈로 작동할 수 있습니다. 속도 제어를 통해 실제 요구에 맞게 정확히 조정할 수 있습니다. 유봉식 진공 펌프는 기술적인 이유로 속도 제어가 불가능합니다. 또한 유봉식 진공펌프와 같이 진공 형성에 필요한 유체와 이 유체를 이송하기 위하여 필요한 전기도 이 펌프에는 필요 없습니다. 즉, Busch의 최첨단 진공 기술은 경제적이고, 안정적인 진공을 공급합니다.


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