博世力士乐半导体业务发展经理Danielle Collins
由于计算机芯片短缺几乎影响到每个行业，半导体制造商正在迅速建造新的晶圆厂，并扩大现有的生产线。制造能力的增加为自动化技术供应商带来了重大机遇和挑战。
考虑到典型的芯片生产周期需要六到八周才能完成。有些芯片可能需要更长时间，需要1500到2000个步骤，耗时6个月。据估计，半导体晶圆的加工时间只有四分之一是在腔室中度过的，其余的时间都花在了将晶圆运送到腔室和进出腔室以及在工具之间或等待工具时间上。
晶圆运输需要精确，无振动的运动，以避免损坏或昂贵的报废。端点准确性同样至关重要。在加工开始之前，晶圆片必须完全稳定并正确对齐。消除振动或系统到达精确位置所需的任何额外时间都会对产量和成本产生重大影响。
工具制造商可以通过新的控制器和伺服驱动平台来解决这些挑战，这些平台在运动控制方面提供了更大的灵活性和精度。精细的运动控制技术，如前馈算法，预测和补偿运动序列结束时的位置和速度条件，以确保精确定位和最小的振动和沉降时间。
通过开放的、基于应用程序的方法，新一代自动化控制提供了更大的可扩展性和工程自由度。例如，需要特定驱动器或控制器功能的工程师可以将其添加为应用程序，就像在平板电脑或智能手机上添加应用程序一样，而不是重新编写整个自动化程序。
此外，为了最大限度地减少占地面积和最大限度地提高性能，伺服驱动器结合了紧凑、节省空间的设计和最大限度地减少振动和沉降时间的性能特点，为工具制造商提供了控制和尺寸能力，以满足他们最关键的要求。
但高性能晶圆处理系统需要的不仅仅是强大的控制器和驱动器。物理移动晶圆工作台的线性系统需要同等的精度、刚性和定位精度。用于晶圆输送组件的直线运动系统必须具有高水平的机械刚度，以最大限度地减少偏转，并确保行进和定位的高精度。
滚珠丝杠传动为半导体工具应用提供了卓越的稳定性和控制。它们在将旋转运动转换为线性运动方面效率极高，提供高刚性，高精度和快速行进速度的独特组合，同时保持必要的清洁度。
对于直线导轨系统，评估滚珠沿直线导轨运动时轴承座内部的再循环的平稳性是至关重要的。当滚珠穿过轴承座时，即使是微小的脉动也会对要求高精度的应用产生不利影响。优化关键过渡点再循环的技术可在球循环时提供极其平稳和一致的运动。
定制组件提供完整的晶圆传输解决方案
在快速设计和交付晶圆传输解决方案的压力下，工具设计师和制造商更频繁地求助于机电一体化和自动化专家，以获得完整的、可安装的组件。
例如，博世力士乐开发了一种完全集成的晶圆提升组件，该组件结合了紧凑型伺服驱动器、电机、控制器和滚珠丝杆，可以安装在晶圆加工工具的狭小空间内。节省空间的设计可靠地超出了客户500万次循环的目标，同时与工具制造商试图内部设计和开发的版本相比，成本降低了30%。
有效的子组件开发应该利用整体设计的观点，而不是串行设计。最佳做法是在进行电气和控制设计之前先评估机制。了解机械元件如何影响电机和控制将有助于避免以后的问题。
例如，如果设计是基于特定的电机而不首先考虑其力学，则可能需要更大的机械部件来处理电机的扭矩或惯性。这可能会导致“过度规格”，如果机制不是围绕特定的电机设计的，则可以使用较小的电机和机械组件。
同样重要的是，用正确、安全的扭矩和行程结束限制对运动控制器和驱动参数进行编程，以确保线性系统不会超过其位置限制。此外，考虑机械组件如何影响其他系统部件，如编码器。例如，如果滚珠丝杠驱动模块可以实现一微米的位置重复性，则编码器也必须具有一微米或更好的分辨率;否则，工程师无法充分利用滚珠丝杠的精度。
最关键的是，必须将机械和电气元件的尺寸结合在一起，以实现应用程序的动态和精度的可接受的惯性比。根据不准确或高估的性能标准选择线性组件或系统可能导致系统比必要的更复杂和昂贵。
虽然一些子组件供应商从多个供应商采购组件，但如果这些第三方供应商没有半导体工具独特需求的经验，可能会出现问题。例如，如果机械部件中使用的润滑剂没有经过洁净室认证，那么润滑剂可能会释放出可能破坏晶圆的污染物，从而造成数万美元的损失。
与设计、制造并将所有子组件集成到满足应用程序独特要求的完整自动化解决方案中的供应商合作有多种优势。如果由于新的运动控制要求或由于供应链问题需要更换零件而需要对工具进行一些修改，则对其制造和供应链具有完全控制的定制子组件制造商可以测试，记录和验证对设计的任何修改。
改进处理和运输的方案
一些半导体晶圆厂可以通过使用新的多轴处理和线性电机输送系统来提高产量和效率。
智能机电一体化处理系统现在提供了“即插即用”的概念，以简化机电一体化开发。在线选择工具使机器制造商和系统集成商能够快速确定尺寸并选择关键组件-线性系统，驱动器，电机，电缆等-以创建作为单个产品交付的完整处理解决方案。
这些系统还配备了用于自动驾驶识别的调试软件，并利用预先配置的各种功能的拖放运动序列，以及用于编程效率的数字孪生功能。
对于具有多个真空室的晶圆厂操作，带有外部非接触运动系统的直线电机运输工具为晶圆处理提供了新的解决方案。安装在腔室外部的线圈为腔室内的磁性载体提供驱动动力，提供线性电机的精度，反馈和控制，而无需将电缆拉入真空腔室。它们还允许个别承运人独立移动，以满足专门的加工需求。
自动化合作伙伴支持工具构建者的目标
自动化在半导体制造中起着至关重要的作用，但是由于在减少开发时间的同时实现尖端技术的压力，工具构建者需要保持对其核心竞争力的关注，例如光刻、蚀刻或其他关键工艺。通过与了解半导体应用的独特要求和挑战的自动化供应商合作，设备制造商可以减少他们的设计，原型和测试时间表，同时优化他们的工具的性能和可靠性。
博世力士乐
boschrexroth-us.com/semiconductor-info
了下:线性运动提示
