Elmo驅(qū)動型半導(dǎo)體晶圓檢測機的分布式伺服控制

晶圓的制造和測試是如今半導(dǎo)體制造過程中不可或缺的一部分。如今，晶圓檢測機不僅要求伺服驅(qū)動器要高性能、高精度，而且需確保24/7生產(chǎn)，維護時間少，可靠性高。當(dāng)測試設(shè)備制造商創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)下一代檢測機時，Elmo的伺服驅(qū)動器和控制器成為被市場證明的最合適的解決方案。

你可通過閱讀以下案例研究，獲得更全面的了解：

糾錯功能幫助系統(tǒng)達到10nm精度的最終目標(biāo)。

凹口定位功能可以在最高轉(zhuǎn)速下定位晶圓。

專有的自動對焦功能有效提高機器吞吐量，使晶圓達到已對焦測量目標(biāo)。

設(shè)備要求

對于領(lǐng)先的半導(dǎo)體檢測設(shè)備制造商而言，伺服性能在整個系統(tǒng)中起著極其重要的作用。由于系統(tǒng)分辨率為1nm，且需在動態(tài)方面運行，具有一定的挑戰(zhàn)性，因此制造商需要生產(chǎn)具有獨特特性的創(chuàng)新高性能檢測臺。現(xiàn)有設(shè)備包括4個檢測軸，加上另外6個Elmo驅(qū)動型軸必須集成到平臺中。由于這些是在設(shè)備內(nèi)部及晶圓附近的非常敏感的組件，因此“設(shè)計”的每一個小細節(jié)都至關(guān)重要，尤其需要確認設(shè)備多年運行的可靠性，這一點決定成敗。

運動控制解決方案

Gold Whistle伺服驅(qū)動器

Gold Maestro控制器

6個Gold Whistle驅(qū)動器緊密地被集成在一個定制的PCB上，并安裝在檢測臺的運動部件中，緊鄰相應(yīng)的電機和編碼器，可以將相位和編碼器電纜縮短到最小。這些驅(qū)動器都通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與Elmo的Gold Maestro主控制器相連，后者以500微秒的超高速周期時間管理系統(tǒng)。只需將更多的軸添加到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)并分配它們的地址，系統(tǒng)就可以輕松地使用更多的軸進行擴展。

Elmo的Gold Maestro可同時運行多達16個可執(zhí)行異步序列的并行程序，而機器的主機只需觸發(fā)必要的序列，例如“加載晶圓”，Gold Maestro就會管理該序列并報告事件。由于主機不必浪費時間輪詢序列狀態(tài)，因此使用這種異步機制可以節(jié)省主機的計算資源。

由于驅(qū)動器會受到持續(xù)的振動和沖擊，因此需要通過使用經(jīng)過充分驗證的萬無一失的電子設(shè)備來承受這種振動和沖擊，這一點至關(guān)重要。與電機本身產(chǎn)生的熱量相比，驅(qū)動器產(chǎn)生的熱量可以忽略不計，電機在每100瓦的機械功率下將產(chǎn)生大約10瓦的熱量，得益于經(jīng)過99%驗證的效率，這些驅(qū)動器將僅產(chǎn)生1瓦的熱量。

檢測臺的機械精密度需要達到10納米精度的最終目標(biāo)，考慮到檢測舞臺的X、Y、Z和θ軸都不是100%彎曲、平直、精確或剛性的，這并非易事。Elmo引入3D糾錯功能，主要通過采用預(yù)加載的糾錯表，以此表示檢測臺的誤差，并通過誤差數(shù)據(jù)自動補償定位。Elmo Application Studio的環(huán)境集成了用于測量這些機械錯誤的高級自動化工具，提供了一個簡單易用的圖形用戶界面。

該系統(tǒng)中的每一個Elmo Gold驅(qū)動器都以高達20KHz的循環(huán)速率管理各級聯(lián)的位置-速度-電流閉環(huán)。強大的DSP還管理著10多個各種類型的內(nèi)嵌高階濾波器：低通/陷波/反陷波/雙四階/超前-滯后，其中一些會根據(jù)運動動態(tài)而變化。此外，該系統(tǒng)還采用了非線性特殊算法，以提高穩(wěn)定時間。

該驅(qū)動器包含一個缺口查找功能，這是一個便于機器搜索新到達晶圓方向的序列。具體任務(wù)是持續(xù)旋轉(zhuǎn)θ軸，直到專用傳感器檢測到缺口（晶圓邊緣上的一個特殊V形標(biāo)記），并將其角度報告給主機。如果能夠更快地發(fā)現(xiàn)缺口，這就意味著每小時可以獲得處理更多的晶圓。因此這項簡單的任務(wù)程序是在極低的驅(qū)動水平下執(zhí)行的，其中晶圓邊緣的模擬信號以20KHz的采樣率進行采樣，并且能夠在最高轉(zhuǎn)速下檢測缺口標(biāo)記。

在晶圓的檢測中，我們還使用了一個嵌入式相機。每個測量點都由一個具有固定鏡頭的高分辨率、高幅度的光學(xué)相機進行捕捉。根據(jù)對焦感測試硬件，向上/向下輕微移動晶圓（檢測臺Z軸），以完成相機的對焦。為了提高產(chǎn)量， XY平臺會在測量點之間移動的同時進行對焦，使得晶圓能夠到達已經(jīng)對焦的測量目標(biāo)。由于此功能包含特殊的硬件接口和特殊算法，因此Elmo專門為該應(yīng)用設(shè)置了自定義功能。由于Elmo Gold驅(qū)動器內(nèi)部有一個靈活的FPGA，因此此類定制功能相對易于實現(xiàn)。

一系列的結(jié)果是:

能夠?qū)lmo的同類最佳引腳型高性能伺服驅(qū)動器集成到創(chuàng)新檢測臺中，以此顯著提高晶圓檢測機的性能。該驅(qū)動器具有定制功能，例如：光學(xué)相機鏡頭自動對焦功能、集成式缺口探測器功能，可以幫助定位晶圓和自動糾錯，從而顯著提高機器的準(zhǔn)確性、效率和速度。

關(guān)于Elmo

Elmo埃莫運動控制（上海）有限公司總部位于以色列，在美國、中國、德國、意大利、韓國、波蘭和英國設(shè)有辦事處，是高性能運動控制技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者之一。

我們提供完整的運動解決方案，設(shè)計并制造尖端伺服驅(qū)動器，基于網(wǎng)絡(luò)的多軸運動控制器和集成伺服電機。所有產(chǎn)品均可通過埃莫先進且簡單易用的世界一流軟件工具整定和配置。憑借令人贊嘆的先進技術(shù)，我們致力于推動全球的運動控制行業(yè)的發(fā)展，迄今已有數(shù)百萬臺驅(qū)動裝置運行在世界各地，從工業(yè)到航空，從半導(dǎo)體到激光，從機器人到無人駕駛，有效提升各行業(yè)的機器性能。