일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2024.7.3

독일 Festo의 필살기, 1㎛ 단위 정밀 공정 기술
최첨단 반도체 제조의 과제를 해결

올 4월, 독일에서 열린 산업 기술전 ‘ HANNOVER MESSE 2024’를 취재하던 중 기자는 우연히 FA 기기 제조 업체인 독일 Festo의 전시 부스에서 ‘Innovation Space’라고 적힌 간판을 볼 수 있었다. 아직 발표되지 않은 공기압 기기 관련 최신 기술이 전시되어 있다고 했다.

‘이건 꼭 봐야겠다’라는 생각에 전시 장소에 들어가려 했지만, 그곳으로 진입하기 위한 계단은 로프로 막혀 있었고 보안 직원도 서 있었다. 취재를 의뢰하자 "여기서부터는 특별한 고객만 입장할 수 있다"라고 거절 당했다.

-- 2층의 기술이 실용화되어 1층으로 --
매년 HANNOVER MESSE에서 Festo의 전시 부스는 2개 층에 배치. 1층에는 주력 제품을, 2층에는 개발 중의 신기술을 각각 전시한다고 한다. “한정된 고객에게 2층의 신기술을 관람할 수 있도록 하고, 실용화를 위한 의견을 받는다. 그 후, 제품화되면 1층에서 주력 제품으로 선보인다”(Festo설명원)라는 것이 Festo의 전시 진행 방법이라고 한다.

안 된다는 말을 들으면 더욱 보고 싶어진다. 끈질기게 취재 협상을 했지만, 안 되는 것은 안 된다며 강하게 거절당했다. 기자가 크게 실망하며 전시회장을 떠나려고 하자 Festo일본법인의 ELA 매니저로부터 “어쩌면 당신이 일본에 귀국한 이후에 2층의 신기술을 보여 줄 수 있을지도 모른다”라는 말을 듣고 연락을 기다리기로 했다.

-- 신기술 정체는 ‘1μm의 위치 정밀도‘ --
전시회로부터 몇 주가 지난 후, ELA 매니저로부터 연락이 왔다. 2층에 있던 신기술의 정체는 공기압 구동 방식을 통해 1㎛의 위치 정밀도로 기계를 움직이는 데모였다고 한다.

공기압을 이용하는 구동 방식은 전동 구동에 비해 코스트가 비교적 낮은 반면, 고정밀도의 움직임이 어렵다고 알려져 왔다. 일반적으로 전동 구동의 위치 정밀도는 약 10μm인데 반해, 공기압 구동은 100μm 정도. Festo의 신기술은 그것을 100배 높인 것이기 때문에 사실이라면 그야말로 혁신적이다.

ELA 매니저에 따르면, 실제 데모를 보여줄 수는 없지만, 데모의 동영상을 보여주면서 설명은 할 수 있다고 했다. 그래서 기자는 요코하마(横浜) 시에 있는 Festo 일본법인 본사로 향했다.

-- 열쇠는 8개의 '피에조(Piezo) 밸브' --
HANNOVER MESSE 2024에서 Festo가 2층에서 전시하고 있던 데모 장치가 그림 2이다. 에어 실린더의 가동부에 실리콘 웨이퍼가 탑재된 스테이지가 부착되어 있다. 장치 앞에 있는 좌우 버튼 중 하나를 1회 누르면, 다이얼이 나타내는 거리만큼 스테이지가 이동하는 구조이다. 최소 1㎛ 단위로 움직일 수 있는 이 기술을 Festo는 ‘마이크로포지셔닝(Micropositioning)’이라고 부른다.

Festo가 보여준 동영상에서는 스테이지 상단에 디지털 현미경이 설치되어 있어 1㎛씩 웨이퍼가 움직이는 모습을 확인할 수 있었다. 변위량을 파악하는 다이얼 게이지의 눈금도 확실하게 1μm씩 움직이고 있었다.

이처럼 정밀하게 움직일 수 있는 비밀은 Festo의 코어 기술 ‘피에조 밸브’에 있다고 한다. 피에조 밸브란 그 이름처럼 압전 소자(피에조 소자)에 의해 개폐되는 밸브이다. 인가(印加) 전압의 크기에 따라 유량을 무단계로 조절할 수 있다.

데모에서는 피에조 밸브 중에서도 특히 정밀한 유량 제어에 적합한 제품 ‘VTEP’이 사용되었다. 이것에 분해능이 높은 위치 센서를 조합해 실린더의 위치 정보를 바탕으로 피드백 제어를 함으로써 μm 수준의 위치 제어를 실현했다고 한다.

-- 전동기로 대체되었던 아픈 과거 --
그렇다면 이 고정밀도의 공기압 구동 장치를 도대체 어디에 사용하려는 것일까? 그 해답은 바로 반도체 제조 장치의 구동원이다.

현재 반도체 제조 장치의 구동 방식은 볼 스크류와 모터 등을 사용한 전동 방식이 대부분이지만, 과거에는 공기압 방식이 많이 채택되었다. 그러나, 반도체 디바이스의 미세화와 다층화로 인해 보다 진동이 적은 정밀한 움직임이 요구되었고, 이러한 성능에서 뒤떨어지는 공기압 방식은 도태되어 갔다.

하지만, 최근 반도체제조 장치의 구동 방식에 전환점이 찾아왔다. 생성AI의 대두 등으로 한층 더 미세화가 가속화되었고, 이로 인해 전동 방식의 약점이 표면화된 것이다.

그것이 바로 열이다. “모터의 발열이 일으키는 열변위에 의한 위치의 어긋남조차도 허용되지 않게 되었다”(ELA 매니저)라고 한다. 이 때문에 비교적 발열이 적은 공기압 구동이 다시 각광 받기 시작하고 있는 것이다.

Festo는 마이크로포지셔닝을 무기로 전동 구동에서 공기압 구동으로 단번에 형세 역전을 도모하고 있다. 출발은 순조로운 상황이다. “미국에서는 이미 공기압 구동을 정식으로 채택한 기업이 있다. 한국과 대만의 경우, 디바이스 업체에 어필하고 있으며 현재 평가가 진행 중이다. 이러한 기업들로부터 제조장치 업체에 구동 방식을 공기압으로 대체하라는 지시가 내려지길 기대한다. 일본의 반도체 제조장치 업체를 대상으로 지금부터 판매에 주력해 나갈 계획이다”(보그다노위츠 Festo일본법인 대표)라고 한다.

반도체 업계는 빠르게 진화가 이루어지고 있지만, 변화를 꺼리는 업계이기도 하다. 과연 Festo의 제안이 바로 받아들여질 수 있을까? 내년 HANNOVER MESSE에서 Festo가 선보일 1층 부스가 기대된다.

 -- 끝 --

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