반도체 제조에서는 정밀한 공정뿐 아니라 웨이퍼를 안전하고 정확하게 이동시키는 과정도 중요합니다.

특히 반도체 후공정에서는 웨이퍼의 위치가 어긋나거나 미세한 이물질이 유입되면 이후 작업에 영향을 줄 수 있는데요.

이 때문에 웨이퍼 이송·정렬·청정 환경을 함께 고려한 자동화 장비 설계가 필요합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 웨이퍼 이송·정렬·청정 기능을 하나의 시스템으로 연결하는 '후공정 자동화를 위한 EFEM 통합 설계' 프로젝트를 진행했습니다.

웨이퍼를 옮기는 로봇부터 정렬 장치와 청정 시스템까지, 수강생들이 어떻게 설계하고 구현했는지 살펴보겠습니다.

반도체 후공정 자동화, EFEM은 어떤 역할을 할까?

반도체 후공정에서는 칩의 전기적 특성을 검사하는 EDS(Electrical Die Sorting) 등 여러 작업이 이루어집니다.

이 과정에서 웨이퍼를 필요한 위치로 전달하는 장비가 중요한 역할을 하는데요.

그중 EFEM(Equipment Front End Module)은 반도체 공정 장비의 전면에서 웨이퍼를 반입하고, 이송·정렬하는 자동화 모듈입니다.

이번 프로젝트는 후공정 간 연결을 고려해 EFEM을 중심으로 로드포트, 이송 로봇, 정렬 장치, 청정 모듈을 하나의 시스템으로 구성했습니다.

단순히 웨이퍼를 옮기는 기능뿐 아니라 각 장치가 어떻게 연결되고 작동할지 함께 고민한 설계입니다

웨이퍼를 정확하게 옮기기 위한 이송 시스템 설계

EFEM에서 가장 기본적인 역할은 웨이퍼를 필요한 위치까지 전달하는 것입니다.

여기에는 로드포트 모듈(LPM)과 웨이퍼 이송 로봇(ATM Robot)이 활용됩니다.

로드포트는 웨이퍼가 담긴 FOUP를 장비에 연결하는 부분이고, 이송 로봇은 웨이퍼를 꺼내 다음 작업 위치로 전달합니다.

수강생들은 SOLIDWORKS를 활용해 두 장치의 구조를 모델링하고, 실제 움직임을 구동 시뮬레이션으로 표현했습니다.

로봇이 움직이는 동안 주변 구조물과 간섭하지 않는지, 각 모듈에 접근할 공간이 충분한지 고려한 것이죠.

웨이퍼의 이동 경로뿐 아니라, 장비 내부에서 그 움직임을 어떻게 구현할지 고민한 과정입니다.

웨이퍼의 위치를 맞추는 얼라이너 설계

웨이퍼를 옮겼다면 다음은 정확한 위치와 방향을 맞추는 과정입니다.

이때 활용하는 장치가 웨이퍼 얼라이너(Wafer Aligner)입니다.

얼라이너는 웨이퍼의 기준 위치를 확인하고 정렬해, 다음 장비에서 필요한 작업을 정확하게 수행할 수 있도록 돕습니다.

Product.5팀은 이러한 정렬 과정을 고려해 얼라이너의 회전 구조와 부품 연결 방식을 3D 모델로 구현했습니다.

정확한 이송만큼 다음 공정을 위한 정렬도 중요하다는 점을 보여주는 설계입니다.

반도체 장비 내부의 청정 환경은 어떻게 유지할까?

웨이퍼의 이동과 정렬만큼 중요한 것이 장비 내부의 청정 환경입니다.

반도체 제조 과정에서는 작은 입자도 공정에 영향을 줄 수 있어 공기 흐름과 오염 관리가 필요한데요.

EFEM에는 이를 위해 FFU(Fan Filter Unit)를 활용합니다.

FFU는 팬과 필터를 이용해 공기를 정화하고, 장비 내부에 깨끗한 공기를 공급하는 장치입니다.

수강생들은 FFU의 부품과 결합 구조를 3D 모델로 구현하고, N₂(질소) 가스 공급 경로도 함께 고려했습니다.

웨이퍼가 이동하는 동작뿐 아니라 그 과정에서 유지되어야 할 환경까지 설계 범위에 포함한 것입니다

반도체 장비 설계, 개별 부품보다 중요한 것은?

이번 프로젝트는 EFEM의 이송·정렬·청정 기능을 하나의 시스템으로 연결하고, 그 구조와 동작을 3D 모델링과 구동 시뮬레이션으로 구현했습니다.

반도체 장비 설계 포트폴리오를 준비한다면 완성된 모델과 함께 각 모듈을 왜 배치했고, 어떻게 연결했으며, 어떤 방식으로 움직이도록 설계했는지 살펴보세요. 설계 과정에서 내린 판단과 이를 구현한 결과가 함께 드러날 때, 자신의 설계 역량도 더 구체적으로 전달할 수 있습니다.