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先进的运动控制网络提高晶圆处理系统的性能

BlueShift™Technologies为真空自动化领域带来了一款改变游戏规则的产品。QuickLink具有创新的线性和可链接架构,为oem提供了相对于传统径向系统的竞争优势。BlueShift的优势在于其可配置性,这使得oem可以跨工具代和流程应用程序使用一个通用的真空平台。

在开发BlueShift的QuickLink晶圆处理系统时,最大的挑战之一是设计一个运动控制系统,以具有竞争力的价格满足对可扩展性、分辨率、刚度和可靠性的要求。“我们尝试了使用火线a的运动控制卡,但无法让它同时在多个轴上工作,”BlueShift技术工程副总裁克里斯·基利(Chris Kiley)说。一位系统集成商建议使用Fortive的XMP系列运动控制器。我们发现我们可以把32个运动轴相加只要把它们代进去。XMP运动控制器的质量水平帮助我们在可靠性方面超过了我们的竞争对手的四倍。它可以轻松满足我们对重复性和速度的要求。”

半导体是在称为集群工具的小型洁净室中制造的。在集群工具中,晶片在真空环境中保持,同时由机器人在处理站之间移动。传统的集束工具以放射状排列,带有用于插入和移除晶圆的处理工作站和负载锁,位于晶圆的圆周周围。随着晶圆越来越大,半导体加工操作越来越复杂,这些集群工具的规模也在不断增长。今天,集群工具核心的转换室可以很容易地长10英尺,宽6英尺,甚至在添加工艺室之前,在那里晶圆被变成有价值的集成电路。

转换室的设计初衷是为了保持非常高的真空水平,它是用非常大的铝片加工而成的,因为它们的生产能力已经到了极限,价格非常昂贵。在生产这些容器的过程中,一个错误就可能意味着丢掉一块价值5万美元的铝。与传统的径向设计相比,BlueShift的线性几何结构带来了巨大的成本和性能优势。晶圆沿着一条工艺模块线从一端进入并存在于设计中。线性传递室比径向传递室小得多,这降低了原材料和加工成本,并使新方法的成本降低了30%至40%。这种可链接的设计允许在一个紧凑的配置中根据需要添加加工模块,与径向足迹相比,可减少多达40%的占地面积,并允许fab通过平衡流量,同时消除加工室的瓶颈,从而优化吞吐量。构建块的使用使晶圆处理系统易于配置高容量和长工艺时间,高通量和短工艺时间或增加真空隔离和污染控制。

机器人运动控制挑战

机器人设计对QuickLink至关重要,因为它是任何晶圆处理系统。机器人的可靠性是一个关键问题,因为如果机器人下降,整个制造过程就会停止。高重复性是至关重要的,以避免损坏晶圆,而提供高通量需要高速。QuickLink真空机器人系统的模块化设计带来了另一个重要挑战。QuickLink方法利用了多个机器人传输链接,这些链接可以连接在一起以适应当前的需求,如果需求发生变化,还可以在工厂重新配置。这种方法的模块化也产生了对运动控制系统模块化的需求。

“因为这些机器人设计用于真空操作,因此它们必须提供光滑且准确的运动,尽可能少,”谢莉说。“当这些系统最初设计时,没有能够满足这些要求的现成的运动控制组件。因此,设备制造商开发了自己的运动控制系统。他们现在拥有数百万美元的美元,投入了这些系统的开发和维护,并致力于其发展的大型控制工程师。这种方法的问题在于,运动控制卡和放大器通常仅仅是数百个数量的批量,因此没有机会获得可用于提高其可靠性的体验。制造成本显然也远远高于生产成本,以更高的数量生产。“