스테핑 모터의 사례｜007｜반도체 제조 장치의 개발 리드 타임 단축에 공헌.

Problem

스마트폰이나 평면 TV 등, 소형화·고성능화가 진행되는 디지털 기기나 지능화가 진행되는 자동차 등의 수요 확대를 받아, 국내 반도체 메이커의 대부분은 생산 증강에 쫓기고 있습니다. 또한 최근 반도체 시장에서는 소형 박형화·다기능화 외에도 저가격화가 진행되어 전세계적으로도 휴대전화의 보급이 진행되는 등 아날로그로부터의 교체가 급속히 진행될 것으로 예상됩니다.

이러한 흐름을 받아, 반도체의 각 제조 공정에 관련된 장치 메이커에서도, 미세화·고집적화에 대응한 기술 혁신에의 급속한 대응이 요구되고 있습니다.

반도체의 비약적인 진화에 맞춘 장치 개발이 시급히

E사는, 반도체 제조에 있어서의 「전공정」을 담당하는 장치 메이커입니다.

최근 반도체 업계에서는 선진기술의 개발도 급피치로 진행되고 있으며, 이미 선폭 32nm(나노미터)의 디바이스의 양산이 일부로 본격화되고, 또한 22nm 이후의 디바이스 기술의 개발도 꾸준히 진행되는 등 , 반도체 기술은 나노기술과 밀접하게 연계하여 미세화·고집적화의 움직임을 가속시키고 있습니다.
이러한 배경에서 E사에도 반도체의 비약적인 진화에 맞춰 단기간의 개발과 높은 처리량으로 안정된 품질을 실현하면서도 저비용의 장치 개발이 요구되고 있습니다.

처리량 향상의 열쇠를 잡는 고빈도의 반송 공정. 비용 UP은 불가피하다! ?

높은 처리량화를 실현하기 위해서는 반송부의 성능을 재검토할 필요가 있었다. E사 설계 주임의 S씨는, 새로운 장치의 개발을 위한 과제에 대해 이렇게 말합니다.

「현행기에서는, 웨이퍼 반송 등 스피드와 위치 결정 정밀도가 요구되는 부분에는 서보 시스템을 채용하고 있습니다. 신제품 개발에 있어서, 반송 부분을 보다 스피드 업시키기 위해서는 모터 사이즈의 업이나 소프트 개발 등 하지만, 개발에 시간이 걸리는데다가 장치가 대형화하면 반대로 단위 면적당의 생산성 저하에도 연결되어 버립니다.

회로를 형성하는 전 공정은 반도체 제조 공정의 대부분을 차지하기 때문에 보다 높은 레벨의 처리량이 요구됩니다. 또한 정밀도에 따라 제조 손실의 비율이 좌우되므로 안정된 품질도 동시에 실현해야 합니다. 또한 반도체의 시장 가격 하락으로 인해 사용자의 요구를 만족시키기 위해서는 장치의 비용 절감도 생각해야 한다.

도전

미세화에 대응한 장치에의 요구가 급속히 높아져, 장치의 고스루풋화가 급무에.
기술혁신 속도가 높아져 그에 맞춰 단기간의 장치 개발이 요구된다.
반도체 시장 가격 하락으로 반도체 제조 장치 자체의 비용 절감이 필요하다.

Solution

서보모터와 스테핑모터의 좋은 곳 취급? '신뢰성'과 '고토크'에 주목

새로운 장치의 개발을 계속하고 있던 S씨는, 어느 산업기기의 이벤트로 산요전기의 클로즈드 루프 스테핑 시스템「SANMOTION Model No.PB」를 만나고 있습니다. 영업 담당자에게 이야기를 들으면, 이 시스템을 채용해, 비약적인 개선을 완수한 메이커의 사례가 있다는 것. 그렇다면 우리에게도 적용할 수 있을 것 같아서 상세한 설명을 요구하기로 했습니다.

그 중에서도 S씨가 주목한 것은 서보 모터에 비해 저속 영역에서의 토크가 큰 점과 스테핑 모터 특유의 「탈조」가 없는 점이었습니다. E사의 장치에서는 짧은 스트로크의 위치결정이 대부분을 차지하고 있었기 때문에, 저속역에서의 고토크 특성이 유리하게 작용해, 동등한 위치결정 정밀도를 유지하면서 구동부의 다운사이징 등의 개선 효과를 기대할 수 있었습니다.

신뢰성 그대로 「고속화」를 실현! 대폭적인 「생산성 향상」에도 성공

E사는 즉시 「SANMOTION Model No.PB」의 평가를 시작했습니다. 실제로 동작시켜 보면 게인 조정 등 서보와 같은 복잡한 파라미터 설정은 불필요하고, 미리 설정한 포인트 번호·프로그램 번호를, 범용 I/O로 지정하는 것만으로 간단하게 시스템을 컨트롤 할 수 있었기 때문에, 평가 공정은 원활하게 진행. 그리고 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

저속 영역에서는 통상의 서보 모터에 비해 토크가 높기 때문에, 다운 사이즈해도 동등 이상의 동작 특성이 얻어졌다.
단거리 사이의 위치 결정 시간이 대폭 단축.
4축 일체형 앰프를 채용하는 것으로, 75%의 공간 절약화를 실현.
배선절약화·경량화로도 이어졌다.
정지시는 오픈 루프 제어로 전환하기 때문에 위치 결정 완료시의 미 진동이 제로.

반송 부분의 성능 향상을 확신한 E사는 곧 SANMOTION Model No.PB의 채용을 결정했습니다. 그리고 새로운 반도체 제조 장치에 통합함으로써 대폭적인 성능 향상을 완수한 것입니다. S씨는 이번 채용에 대해 이렇게 총괄합니다.

“이번에 “SANMOTION Model No.PB ”를 만나면서 획기적인 성능 향상으로 이어졌습니다. 신뢰성은 그대로 고속화할 수 있어 업계 최고 수준의 처리량을 실현할 수 있었습니다. 반송 부분을 약 절반으로 소형화할 수 있었으므로, 유닛의 추가 탑재수가 늘어나, 단위 면적당의 생산성이 비약적으로 향상되었습니다. 또한 기존 서보 시스템의 교체로 구동 시스템의 비용이 약 75 %나 감소했습니다. "

E사의 새로운 장치는 사용자로부터도 높은 평가를 받고 있습니다. 이 회사의 장비는 앞으로도 반도체 제조를 지원할 것입니다.

스테핑 모터에 대한 자세한 내용은「스테핑 모터란?

효과