MPT - 웨이퍼 스크라이버를 구축하기 위해 모션 및 비전 솔루션을 제공하는 NI 플랫폼 적용

Author(s):
P.C. Lindsey - Micro Processing Technology, Inc

Industry:
Semiconductor

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, Motion Control

The Challenge:
최소한의 엔지니어링 지원을 필요로 하는 고도로 자동화된 웨이퍼 스크라이버의 개발

The Solution:
시스템 개발을 위해 LabVIEW가 탑재된 NI 솔루션 사용

고도로 자동화된 웨이퍼 스크라이버 개발의 필요성
MPT(Micro Processing Technology, Inc.)는 반도체 생산 장비를 개조하려는 기업에게 NI 제품에 기반한 하드웨어 및 소프트웨어를 판매하며 기존 장비의 효율성을 높이는 작업을 수 년간 수행하였습니다. 2001년부터 MPT는 웨이퍼 다이싱(Wafer Dicing) 서비스를 공급하는 기업인 SurvUs Company와 공동 프로젝트에 착수했습니다. 두 기업은 최소한의 서비스와 엔지니어링 지원만을 필요로 하는 고도로 자동화된 웨이퍼 스크라이버에 대한 필요성을 인식했습니다. 그 결과, 양사는 고정밀 스크라이브 다이싱 시스템(Model 24-7 High-Precision Scribe Dicing System)인 모델 24-7을 개발했습니다.

그림 1. MPT 스크라이버

반도체 웨이퍼 상의 장치 가공 완료 후 엔지니어는 웨이퍼를 개별 회로와 장치로 절단해야 합니다. 대부분의 표준 실리콘 장치의 경우 엔지니어는 매우 얇은 다이아몬드 코팅 톱날을 사용하여 이러한 다이싱 및 싱귤레이션(Singulation) 공정을 수행합니다. 이 공정에서, 정확한 위치지정과 깊이를 갖는 스크라이브 라인을 형성하기 위해 시스템은 결정면(Crystallographic Plane) 방향을 따라 회로와 장치 사이의 전체 웨이퍼 표면에서 날카로운 다이아몬드 팁으로 선을 그립니다. 그런 다음, 시스템에서는 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼를 절단하고 쪼갭니다.
MPT 엔지니어들은 고도로 정확하고 재생 가능한 방법으로 실행되도록 고정밀 스크라이브 다이싱 시스템을 설계했으므로, 스크라이브 프로세스의 설정 및 유지보수가 쉬워졌습니다. 그들은 초고정밀 선형 베어링 및 선형 모터를 갖춘 시스템을 구축했습니다. 모든 시스템 단계는 0.1미크론 인코더를 사용합니다. 스크라이브 단계 및 힘 감지 및 제어 단계는 에어 베어링을 사용합니다. 스크라이브 단계는 최대 1m/s의 속도로 이동할 수 있습니다. 그리고 이 시스템은 폐쇄루프 로드 제어를 사용합니다. 이 시스템은 최대 200mm 지름의 웨이퍼를 처리할 수 있으며 고객 유지보수 작업이 필요 없도록 설계되었습니다.

시스템 제작
MPT는 NI LabVIEW를 사용하여 모든 시스템 소프트웨어를 작성했습니다. 시스템은 NI-Motion 소프트웨어와 NI PCI-7356 모션 컨트롤러를 사용하여 모션 제어를 수행합니다. 이 시스템에는 6개의 모션 축 및 로드셀의 입력을 위한 1개의 추가적인 축이 있습니다. 수직 단계가 교차 단계에 연결된 갠트리 구성에는 4개의 선형 모터 및 인코더 단계가 있습니다. 또한, 2개의 회전 단계가 있습니다. 이 시스템에서는 하나의 회전 단계를 사용하여 스크라이브할 웨이퍼가 고정되어 있는 진공 척(Chuck)을 회전시키며, 나머지 회전 단계는 웨이퍼 표면에 비례하여 스크라이브 팁 각도를 변경하는 데 사용합니다. 로드셀은 에어 베어링, 선형 인코더 및 고정밀 스프링으로 구성됩니다. 시스템이 작동 중인 경우에는 스크라이브 팁 위치가 먼저 웨이퍼 표면으로 가도록 제어됩니다. 그런 다음, 시스템에서는 직접적으로 PID 힘을 제어하기 위해 이 축의 피드백을 로드셀 상의 인코더로 전환합니다.
엔지니어들은 차례로 컨트롤러의 온보드 펌웨어를 업데이트해주는 최신 버전의 NI-Motion 드라이버 소프트웨어를 로드하여 NI 모션 컨트롤러의 기능을 업그레이드할 수 있습니다. 처음에는, 보드 상의 모든 축을 정지하지 않고도 축에 할당된 인코더를 변경하는 기능은 NI-Motion에서는 사용할 수 없습니다. 업데이트된 버전의 드라이버를 사용하면 축에 할당된 인코더를 즉시 변경할 수 있습니다. 새로운 기능을 사용하여 스크라이브 힘 샘플링 속도를 초당 약 60회에서 초당 4,000회로 향상시켰습니다. 일반적인 스크라이브 패스의 시간이 1초 미만이기 때문에 이 향상된 힘 제어는 특히 중요합니다.
MPT는 웨이퍼 표면 위의 장치 사이에 스크라이브 팁의 위치를 올바르게 지정하기 위해 머신 비전을 사용했습니다. 이는 NI PCI-8252 보드 상에서 실행되는 NI 비전 소프트웨어와 2개의 Firewire 카메라를 사용하여 이루어졌습니다. 첫 번째 카메라는 진공 척(Chuck)에서 웨이퍼 위치를 결정하는 데 사용했으며, 두 번째 카메라는 12X 줌 현미경에 장착했습니다. 17인치 LCD 모니터 비율에서 볼 경우 이 구성에서는 약 800배의 최대 이미지 배율을 얻을 수 있습니다. 이러한 고배율을 통해, 스크라이브 스트리트(Street) 센터에서 스크라이브 팁 위치지정을 약 1미크론의 정밀도까지 볼 수 있습니다.

NI 제품으로 개발 시간 단축
NI 하드웨어 및 소프트웨어의 사용 편이성으로 인해 3 Man-year의 노력만으로 전체 시스템 개발을 완료할 수 있었습니다. 비슷한 수준의 복잡성을 갖는 다른 반도체 제조 시스템 개발에 대한 저의 경험을 토대로 해볼 때, 이 시스템은 LabVIEW가 탑재된 NI 플랫폼을 사용하지 않았다면 20 Man-year 이상의 설계와 개발 노력이 필요했을 것입니다.

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
P.C. Lindsey
Micro Processing Technology, Inc

Browse All Case Studies »