Линейные модули в полупроводниковом оборудовании: прецизионное движение при работе с пластинами

Полупроводниковое оборудование предъявляет необычайно высокие требования к системам движения. Ось переноса может нуждаться в быстром перемещении пластин без чрезмерной вибрации, этап склеивания штампов может нуждаться в чрезвычайно стабильном размещении, а инспекционная платформа может нуждаться в плавном движении с минимальной геометрической погрешностью по области измерения.

Вот гделинейный модуль для полупроводниковой техникиотличается от оси автоматики общего назначения. Скорость и полезная нагрузка по-прежнему имеют значение, но образование частиц, термическая стабильность, вибрация, время стабилизации, поведение кабеля, совместимость материалов и долгосрочная повторяемость могут стать не менее важными.

В этом руководстве рассматривается, как линейные модули используются при работе с пластинами, соединении кристаллов, проверке полупроводников и сопутствующем оборудовании, а также объясняется, что инженеры должны учитывать при выборе платформы прецизионного перемещения для чистых производственных сред.

Движение полупроводников — это не одно требование

«Полупроводниковое оборудование» охватывает множество самых разных процессов. К модулю, используемому для перемещения носителя пластин, не предъявляются те же требования, что и к этапу точного позиционирования, используемому в системе оптического контроля.

Полезный способ классифицировать задачи линейного движения по функциям:

Принцип выбора:не указывайте один «высокоточныйлинейный модуль” для каждой оси станка. Каждая из осей перемещения, выравнивания, проверки и склеивания должна выбираться в соответствии со своей задачей перемещения.

Обращение с пластинами: быстрое движение должно быть щадящим

Системы обработки пластин перемещают подложки между технологическими станциями, загрузочными портами, носителями, зонами контроля и другими частями оборудования. Движение может быть быстрым, но с пластиной нельзя обращаться как с обычной промышленной заготовкой.

Важные требования часто включают в себя:

• Повторяемые позиции выбора и размещения
• Плавное ускорение и замедление
• Низкая вибрация в конце хода
• Короткое время урегулирования
• Надежное наведение и обнаружение
• Контролируемое движение кабеля и трубки
• Низкое образование частиц

Почему важен профиль движения

Агрессивный профиль ускорения может сократить теоретическое время движения, но увеличить вибрацию и время стабилизации после того, как каретка достигнет цели. При работе с пластинами лучшее время цикла часто достигается за счет оптимизации всей последовательности перемещения и стабилизации, а не за счет максимизации только ускорения.

Почему конечный эффектор меняет размер модуля

Модуль может нести пластину, вакуумный концевой эффектор, блок датчиков, трубки и кабели. Эти компоненты добавляют движущуюся массу и могут создавать смещение центра тяжести.

Поэтому нагрузку следует оценивать как полную механическую сборку, включая моменты тангажа, рыскания и крена, а не только массу пластины.

Склеивание штампов: позиционирование — это только часть проблемы

Склеивание штампов требует контролируемого размещения отдельных штампов на подложку или упаковку. Система перемещения должна быстро перемещаться между положениями, сохраняя при этом стабильное конечное положение для процесса склеивания.

Для этого типа оси инженерам может потребоваться балансировка:

• Повторяемость размещения
• Абсолютная точность позиционирования
• Короткое время урегулирования
• Низкая ошибка реверса
• Высокая структурная жесткость
• Мелкое движение на низкой скорости
• Термическая стабильность

Положение центра инструмента – вот что важно

Модуль может иметь превосходную повторяемость каретки, в то время как инструмент для склеивания все еще движется из-за отклонения кронштейна, угловой ошибки или термического роста. Полная цепочка ошибок простирается от энкодера и приводного механизма через каретку, монтажную пластину и соединительную головку.

Правило точности:оценивайте точность в точке процесса, а не только на каретке линейного модуля.

Этапы контроля полупроводников требуют плавного и предсказуемого движения

Системы контроля могут сканировать пластины, подложки, упаковки или другие полупроводниковые структуры с помощью камер, микроскопов или оптических датчиков.

Требуемое движение часто отличается от движения захвата и размещения. Вместо быстрого перемещения от точки к точке системе может потребоваться:

• Сканирование с постоянной скоростью
• Пульсация низкой скорости
• Хорошая прямолинейность
• Стабильная обратная связь с энкодером
• Низкая вибрация
• Повторяемый возврат к координатам измерения

Почему прямолинейность может иметь такое же значение, как и точность позиционирования

Если каретка отклоняется вбок или вертикально во время сканирования, оптический путь или условия фокусировки могут измениться, даже если заданное положение X правильное.

Поэтому для контрольного оборудования геометрическую точность, такую ​​как прямолинейность, угол наклона и рыскание, может потребоваться указывать отдельно от обычной повторяемости позиционирования.

Требования к чистым помещениям меняют конструкцию системы перемещения

Чистое производство не достигается простым выбором крышки из нержавеющей стали или названием модуля «тип чистого помещения». Поведение частиц зависит от всей системы движения и от того, как она интегрирована в машину.

Важные области проектирования включают в себя:

• Частицы, образующиеся при контакте качения и скольжения
• Миграция или испарение смазки
• Износ сальника и дворников
• Генерация частиц на ремнях, кабелях и цепях
• Коррозия и обработка поверхности
• Воздушный поток вокруг движущейся оси
• Процедуры очистки и технического обслуживания

Класс чистого помещения следует рассматривать как требование к оборудованию.

Требуемый уровень чистоты зависит от процесса полупроводников и чистой среды, в которой будет работать оборудование. Поэтому компонент движения следует оценивать как часть конечной машины, а не предполагать, что он соответствует требованиям чистоты только по типу привода.

Смазка должна поддерживать как срок службы, так и чистоту

Линейные направляющие и шарико-винтовые передачи нуждаются в подходящей смазке, но традиционные промышленные методы смазки не всегда подходят для чувствительных чистых сред.

При выборе, возможно, придется учитывать:

• Генерация частиц
• Низкая волатильность
• Требования к дегазации, где это применимо
• Совместимость материалов и уплотнений
• Долговременная стабильность смазки
• Контролируемое количество внесения

Недостаточная смазка может увеличить трение и износ, а избыточная смазка может вызвать сопротивление и чрезмерную миграцию смазки. Правильный смазочный материал и метод обслуживания должны быть выбраны для конкретного модуля и чистой производственной среды.

Почему модули линейных двигателей привлекательны для высокодинамичных полупроводниковых приводов

Линейный двигатель генерирует усилие напрямую, без использования шарикового винта, зубчатого ремня или реечной передачи. Это удаляет несколько механических элементов, которые могут вызвать люфт, податливость трансмиссии и износ.

Потенциальные преимущества включают в себя:

• Отсутствие люфта винтовой или ременной передачи.
• Высокая способность к ускорению
• Высокая скорость
• Быстрое изменение направления
• Прямая совместимость с линейной обратной связью высокого разрешения.
• Снижение износа механической трансмиссии

Эти характеристики могут сделать модули с прямым приводом привлекательными для проверки, выравнивания и других высокодинамичных прецизионных осей.

Но прямой привод автоматически не является лучшим решением.

Линейные двигатели требуют тщательного управления температурным режимом, конструкции обратной связи, прокладки кабелей и сервоуправления. Они также могут стоить дороже, чем системы с винтовым или ременным приводом.

Правильный выбор зависит от того, действительно ли процесс получит пользу от дополнительных возможностей динамики и позиционирования.

Где модули ШВП все еще имеют смысл

Линейные модули ШВПостаются полезными в полупроводниковом оборудовании, когда требуется компактный, жесткий и эффективный механический привод.

Они могут подойти для:

• Прецизионные позиционирующие оси
• подъем по оси Z
• Выравнивание с умеренным ходом
• Регулировка инструмента
• Технологические станции, где полезна контролируемая тяга

В прецизионных полупроводниковых приложениях точность хода винта, преднатяг, опору подшипника, смазку и термическое расширение следует оценивать вместе.

Где могут быть полезны модули ремня ГРМ

Модули ремня ГРМхорошо подходят для задач перемещения с более длинным ходом, где высокая линейная скорость и низкая движущаяся масса важнее, чем очень высокая абсолютная точность позиционирования.

Возможные варианты использования включают в себя:

• Передача журнала или лотка
• Погрузка и разгрузка
• Перенос материала по длинной оси
• Обработка периферийных устройств за пределами наиболее чувствительной технологической зоны

В чистом производстве дополнительного внимания требуют материал ремня, поведение частиц, выравнивание шкивов и конструкция корпуса.

Точность — требование системного уровня

Полупроводниковый прецизионный линейный каскад может обеспечить стабильную работу только в том случае, если контролируется полный баланс ошибок.

Одной лишь повторяемости недостаточно

Полупроводниковое оборудование часто требует одновременного использования нескольких различных характеристик движения.

Например:

• Повторяемостьопределяет, возвращается ли этап последовательно к одной и той же цели.
• Точность позиционированияопределяет, соответствует ли фактическая позиция заданной координате.
• Прямолинейностьописывает боковую или вертикальную ошибку траектории.
• Подача и рысканиеописать угловое изменение во время движения.
• Время урегулированияопределяет, насколько быстро ось становится достаточно стабильной для следующего этапа процесса.

Поэтому для этапа проверки и этапа передачи могут потребоваться совершенно разные критерии приемки, даже если оба они описаны как «прецизионные оси».

Термическая стабильность становится более важной по мере повышения точности

Полупроводниковое оборудование часто работает в течение длительного времени, поэтому система движения может перейти от холодного запуска к стабильной рабочей температуре.

Тепло может исходить от:

• Сервомоторы
• Катушки линейного двигателя
• Шарико-винтовая передача и трение направляющей
• Приводы и электроника
• Близлежащее технологическое оборудование

Изменения температуры могут изменить эффективную длину основания, винта, ссылку энкодера и конструкцию машины. Поскольку механические ошибки становятся меньше, эти тепловые эффекты могут составлять большую долю общей ошибки позиционирования.

Практичный термоконтроль

• Отделите основные источники тепла от прецизионных эталонов.
• Используйте повторяющиеся процедуры прогрева машины.
• Поддерживать стабильные условия окружающей среды, где это необходимо.
• Рассмотрите возможность использования конструкций с низким расширением для критических стадий.
• При необходимости используйте калибровку или компенсацию.

Вибрация и время стабилизации напрямую влияют на производительность

Высокоскоростная ось не обязательно является высокопроизводительной.

Если модуль быстро достигает цели, но соединительная головка или камера продолжают вибрировать, процесс необходимо подождать, прежде чем можно будет начать размещение или измерение.

Производительность урегулирования зависит от:

• Движущаяся масса
• Структурная жесткость
• Вылет инструмента
• Тюнинг двигателя и привода
• Профиль движения
• Предварительная загрузка руководства
• Динамика базы и рамы

Для полупроводникового оборудования с большим циклом оптимизации время перемещения без измерения времени стабилизации может привести к неправильной механической конструкции.

Прокладка кабелей — часть Precision Motion

Кабели, вакуумные трубки, воздушные линии и проводка датчиков перемещаются по множеству полупроводниковых осей. Их эффект часто недооценивают.

Плохо спроектированная кабельная трасса может:

• Добавьте переменную силу сопротивления
• Создать боковую нагрузку на каретку
• Генерация частиц путем многократного изгибания
• Передача вибрации на сцену
• Ограничить полезный ход

Для чувствительного оборудования кабельные носители и гибкие услуги должны быть включены в анализ нагрузки, чистоты и движения с самого начала.

Многоосные полупроводниковые каскады требуют иерархического определения размеров

В системах обработки, контроля и склеивания пластин часто используются конструкции XY, XYZ или портальные конструкции.

В многоуровневой системе нижняя ось несет на себе верхнюю ось, ее двигатель, датчики, инструменты и технологическую нагрузку. Следовательно, оси X и Y могут требовать совершенно разных мощностей, даже если их ходы одинаковы.

Правило многоосного определения размера:начните с обрабатывающего инструмента и двигайтесь наружу. Каждая нижняя ось должна включать массу и динамическую нагрузку всего, что установлено над ней.

Выбор обратной связи зависит от того, что необходимо контролировать

Энкодеров двигателей достаточно для многих задач передачи и позиционирования, но для требовательных к точности стадий может быть полезна прямая линейная обратная связь.

Обратная связь со стороны двигателя

Контроллер оценивает линейное положение по вращению двигателя и передаточному числу. Он компактен и широко используется, но погрешности между двигателем и кареткой невозможно измерить напрямую.

Линейная обратная связь по шкале

Линейная шкала более точно измеряет положение каретки и может снизить зависимость от точности хода винта, эластичности ремня или поведения коробки передач.

Сами весы по-прежнему нуждаются в точной установке, термостабильности и подходящей поддержке контроллера.

Надежность имеет значение, поскольку время простоя обходится дорого

Полупроводниковая система перемещения должна сохранять точность и чистоту на протяжении большого количества циклов, а не только во время первоначальных приемочных испытаний.

Долгосрочная надежность зависит от:

• Правильный расчет нагрузки и момента
• Контролируемое ускорение
• Стабильная смазка
• Защита от загрязнения
• Срок службы кабеля
• Повторяемость датчика
• Управление температурным режимом
• Профилактическое обслуживание

Тенденции состояния, такие как крутящий момент сервопривода, ток двигателя, вибрация и температура, могут помочь выявить изменения до того, как они перерастут в производственные сбои.

Вопросы, на которые следует ответить перед выбором полупроводникового линейного модуля

1. Что такое процессуальная функция?Перенос, склеивание, проверка, выравнивание или погрузка?
2. Что должно двигаться?Включите полный концевой эффектор, кабели, трубки и верхние оси.
3. Как быстро должен завершиться процесс?Отделите время перемещения от времени урегулирования.
4. Какие показатели точности имеют значение?Повторяемость, абсолютная точность, прямолинейность, угловая погрешность или стабильность сканирования?
5. Какие требования к чистоте применяются?Оцените весь модуль и среду машины.
6. Какой метод обратной связи необходим?Энкодер двигателя или прямая линейная шкала?
7. Насколько стабильной должна быть температура?Учитывайте как нагрев машины, так и изменения окружающей среды.
8. Каков ожидаемый рабочий цикл?Полупроводниковые оси с большим циклом требуют планирования срока службы и технического обслуживания.
9. Как будут двигаться кабели и услуги?Включите перетаскивание, генерацию частиц и маршрутизацию.
10. Как будет проходить валидация этапа?Определите метод измерения перед окончательной приемкой.

Выбор типа привода по задаче движения полупроводника

Это отправные точки, а не фиксированные правила. Окончательный выбор зависит от хода поршня, полезной нагрузки, точности процесса, чистоты окружающей среды, тепловой конструкции и стоимости.

Что нужно QRXQ для оценки применения полупроводников

Для получения полезной рекомендации предоставьте:

• Функция процесса: обработка пластин, склеивание, проверка, выравнивание или передача.
• Требуемый ход
• Движущаяся масса и центр тяжести
• Максимальная скорость и ускорение
• Целевое время перемещения и время установления
• Требования к точности и повторяемости позиционирования
• Прямолинейность или угловая точность, если необходимо.
• Требование к чистой окружающей среде
• Температурный диапазон и требования к термической стабильности
• Предпочтение двигателя и обратной связи
• Ежедневный рабочий цикл
• Чертеж многоосной конструкции или оборудования

Для движения полупроводника «высокая точность» не является полной характеристикой.Полезной характеристикой является сочетание точности движения, характеристик осаждения, чистоты, термической стабильности и долгосрочной повторяемости в фактической точке процесса.

QRXQ оценивает применение полупроводниковых линейных модулей, сопоставляя задачу движения со структурой привода, а затем проверяя точность, чистоту, динамические характеристики и интеграцию в единую систему.