KITECH 생산기술 전문지

반도체 후공정은 절단, 정렬, 픽업, 이송, 본딩 및 패키징 공정으로 구성되며, 각 공정에서는 대상물의 위치 정밀도와 표면 청정도가 매우 중요하다. 특히 반도체 칩 또는 트레이와 같이 미세한 위치 오차가 공정 불량으로 이어질 수 있는 대상물의 경우, 이송 장치의 접촉 방식, 흡착 안정성 및 해제 재현성은 전체 공정 신뢰성을 결정하는 주요 인자가 된다. 기존에는 진공 흡착 방식과 기계식 그리퍼 방식이 일반적으로 사용됐으나, 진공 누설, 표면 손상 및 미세 입자 발생 가능성 등의 한계를 가진다. 자석을 이용한 이송 방식은 높은 흡착력과 반복성을 확보할 수 있다는 점에서 정밀 이송 공정에 적용될 수 있다. 그러나 반도체 공정에서는 단순히 강한 자력을 얻는 것보다, 자력이 작용해야 하는 위치와 작용하지 않아야 하는 위치를 구분하여 제어하는 것이 중요하다. 자속이 반도체 소자 방향 또는 주변 장비 방향으로 불필요하게 누설될 경우, 공정 간섭, 위치 오차 및 장비 오작동 가능성이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 반도체 공정에 적용할 수 있는 자석 기반 그리퍼를 구현하기 위해서는 작용면에서는 높은 자속밀도를 확보하고, 비 작용면에서는 누설 자속밀도를 최소화하는 자기장 설계가 필요하다. 영구자석은 외부 전원 없이도 안정적인 자속을 유지할 수 있으나 자속의 ON/OFF 제어가 어렵다. 반면 전자석은 전류 제어를 통해 자속의 세기와 방향을 조절할 수 있으나, 지속적인 전력 공급과 발열 문제가 발생할 수 있다. 이러한 두 자성원의 특성을 고려할 때, 영구자석과 전자석을 결합한 하이브리드 자석 구조는 유지력과 제어성을 동시에 확보할 수 있는 유효한 접근법이다. 실제로 Tsugami 등은 전자석과 영구자석을 이용하여 다양한 형상의 대상물을 파지하고 해제할 수 있는 단순 구조의 그리퍼를 제안하였으며, Park 등은 전자기력을 이용한 그리퍼의 흡인력 모델을 제시하였다[1,3]. 본 연구에서는 반도체 트레이에 영구자석을 배치하고, 로봇 그리퍼 측에 전자석을 배치하는 구조를 기반으로 하여 하이브리드 자석 기반 로봇 그리퍼의 자속 제어 원리를 고찰하였다. 특히 트레이 측 영구자석에는 할바흐 배열을 적용하여 그리퍼와 결합되는 작용면 방향으로 자속을 집중시키고, 윗면을 제외한 측면 및 하부 방향에는 차폐 구조를 적용하여 비 작용면 누설 자속밀도를 저감하고자 하였다.

키워드 반도체, 트레이닝, Halbach, 자속밀도