Elmo驱动型半导体晶圆检测机的分布式伺服控制

 

晶圆的制造和测试是如今半导体制造过程中不可或缺的一部分。如今，晶圆检测机不仅要求伺服驱动器要高性能、高精度，而且需确保24/7生产，维护时间少，可靠性高。当测试设备制造商创新研发生产下一代检测机时，Elmo的伺服驱动器和控制器成为被市场证明的最合适的解决方案。

 

你可通过阅读以下案例研究，获得更全面的了解：

纠错功能帮助系统达到10nm精度的最终目标。

凹口定位功能可以在最高转速下定位晶圆。

专有的自动对焦功能有效提高机器吞吐量，使晶圆达到已对焦测量目标。

 

设备要求

对于领先的半导体检测设备制造商而言，伺服性能在整个系统中起着极其重要的作用。由于系统分辨率为1nm，且需在动态方面运行，具有一定的挑战性，因此制造商需要生产具有独特特性的创新高性能检测台。现有设备包括4个检测轴，加上另外6个Elmo驱动型轴必须集成到平台中。由于这些是在设备内部及晶圆附近的非常敏感的组件，因此“设计”的每一个小细节都至关重要，尤其需要确认设备多年运行的可靠性，这一点决定成败。

 

运动控制解决方案

Gold Whistle伺服驱动器

Gold Maestro控制器

 

6个Gold Whistle驱动器紧密地被集成在一个定制的PCB上，并安装在检测台的运动部件中，紧邻相应的电机和编码器，可以将相位和编码器电缆缩短到最小。这些驱动器都通过EtherCAT网络与Elmo的Gold Maestro主控制器相连，后者以500微秒的超高速周期时间管理系统。只需将更多的轴添加到EtherCAT网络并分配它们的地址，系统就可以轻松地使用更多的轴进行扩展。

Elmo的Gold Maestro可同时运行多达16个可执行异步序列的并行程序，而机器的主机只需触发必要的序列，例如“加载晶圆”，Gold Maestro就会管理该序列并报告事件。由于主机不必浪费时间轮询序列状态，因此使用这种异步机制可以节省主机的计算资源。

由于驱动器会受到持续的振动和冲击，因此需要通过使用经过充分验证的万无一失的电子设备来承受这种振动和冲击，这一点至关重要。与电机本身产生的热量相比，驱动器产生的热量可以忽略不计，电机在每100瓦的机械功率下将产生大约10瓦的热量，得益于经过99%验证的效率，这些驱动器将仅产生1瓦的热量。

检测台的机械精密度需要达到10纳米精度的最终目标，考虑到检测舞台的X、Y、Z和θ轴都不是100%弯曲、平直、精确或刚性的，这并非易事。Elmo引入3D纠错功能，主要通过采用预加载的纠错表，以此表示检测台的误差，并通过误差数据自动补偿定位。Elmo Application Studio的环境集成了用于测量这些机械错误的高级自动化工具，提供了一个简单易用的图形用户界面。

该系统中的每一个Elmo Gold驱动器都以高达20KHz的循环速率管理各级联的位置-速度-电流闭环。强大的DSP还管理着10多个各种类型的内嵌高阶滤波器：低通/陷波/反陷波/双四阶/超前-滞后，其中一些会根据运动动态而变化。此外，该系统还采用了非线性特殊算法，以提高稳定时间。

该驱动器包含一个缺口查找功能，这是一个便于机器搜索新到达晶圆方向的序列。具体任务是持续旋转θ轴，直到专用传感器检测到缺口（晶圆边缘上的一个特殊V形标记），并将其角度报告给主机。如果能够更快地发现缺口，这就意味着每小时可以获得处理更多的晶圆。因此这项简单的任务程序是在极低的驱动水平下执行的，其中晶圆边缘的模拟信号以20KHz的采样率进行采样，并且能够在最高转速下检测缺口标记。

 

在晶圆的检测中，我们还使用了一个嵌入式相机。每个测量点都由一个具有固定镜头的高分辨率、高幅度的光学相机进行捕捉。根据对焦感测试硬件，向上/向下轻微移动晶圆（检测台Z轴），以完成相机的对焦。为了提高产量， XY平台会在测量点之间移动的同时进行对焦，使得晶圆能够到达已经对焦的测量目标。由于此功能包含特殊的硬件接口和特殊算法，因此Elmo专门为该应用设置了自定义功能。由于Elmo Gold驱动器内部有一个灵活的FPGA，因此此类定制功能相对易于实现。

 

 

一系列的结果是:

能够将Elmo的同类最佳引脚型高性能伺服驱动器集成到创新检测台中，以此显著提高晶圆检测机的性能。该驱动器具有定制功能，例如：光学相机镜头自动对焦功能、集成式缺口探测器功能，可以帮助定位晶圆和自动纠错，从而显著提高机器的准确性、效率和速度。

 

 

关于Elmo

Elmo埃莫运动控制（上海）有限公司总部位于以色列，在美国、中国、德国、意大利、韩国、波兰和英国设有办事处，是高性能运动控制技术的全球领导者之一。

我们提供完整的运动解决方案，设计并制造尖端伺服驱动器，基于网络的多轴运动控制器和集成伺服电机。所有产品均可通过埃莫先进且简单易用的世界一流软件工具整定和配置。凭借令人赞叹的先进技术，我们致力于推动全球的运动控制行业的发展，迄今已有数百万台驱动装置运行在世界各地，从工业到航空，从半导体到激光，从机器人到无人驾驶，有效提升各行业的机器性能。