运动控制构建半导体，II的第一部分

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当您想到半导体制造中的运动控制时，您可能会设想在真空夹头或伺服电机上放置晶片的机器人臂，或者伺服电机在阶梯和扫描光刻机中移位曝光区域。然而，现实远远超出实际的工艺工具，以包括从FAB周围的晶片的侧面移动到组装电路板的所有内容，以及拾取操作。

在半导体制造中无处无所畏惧，时间是金钱，产量是王。“一切都是前往的方向是获得更精确的精度，更快地获得更快，加速更难，”Ty Safreno，CO / CTOTrust Automation Inc.（San Luis Obispo，加利福尼亚州）。运动控制的新趋势正在提供这样做的工具。

晶圆运输
鉴于今天的萎缩特征尺寸，污染控制在确保产量方面是至关重要的。虽然Fab楼层通常在美国联邦标准级100级维持到1000级，但在工艺工具中，标准相当缩小。为了保护300毫米硅晶片免受污染，它们从过程工具中搅拌以处理前开放式统一吊舱（FOUP）的工具。容量为13到25晶圆，负载的FOOP重量超过19.8磅（9公斤），可以持有50万美元的产品。在设备前端模块（EFEM）负载端口到工艺工具，晶片从FOUP传入工具内部;完成后完成后，将重新加载到FOUP中并持续到下一步。

FOUP通常在涉及多达千辆汽车的自动架空运输系统上移动，每个汽车可以在驻防装置的载荷端口在晶圆厂内的不同路线上行进到10英里/小时。根据Asyst Technologies Inc.（弗里蒙特，加利福尼亚州）的副总裁和首席技术官Anthony Bonora介绍，汽车含有多个伺服驱动系统轴。腰带或电缆在几秒钟内将容器降低到港口，以几毫米的位置精度超过约2至3米。“

这是一个挑战的地方 - 在没有振铃或过度的情况下停止近20磅的好处。高度精制的驱动硬件和控制算法提供了解决方案。使用带垂直定位的皮带似乎在传统智慧面前飞行。毕竟，如果皮带休息，你会冒着自由落体中拥有500,000美元的风险。另一方面，皮带是实现足够快速运动的唯一手段。Asyst使用含有嵌入式导体的带，该导体监测带完整性并使电力和通信能够与机械夹紧元件。

efems在移动中
运动控制和污染控制均在EFEM负载端口中发挥作用。停靠的FOUP和负载端口的组合使用内部门和锁定系统，以防止来自Fab地板的颗粒进入工具。当FOUP靠靠负载端口时，在过程 - 工具侧耳声上背压掉颗粒。因此，负载端口本身通常包含具有编码器的三个或四个伺服驱动机构，以解锁，缩回和降低门，并正确地定位FOUP。

EFEMS不仅包括晶圆处理机器人，它们还将机器视觉功能集成，以允许系统识别并对齐晶圆。Bonora说，EFEM是运动控制密集型。例如，安装有四个负载端口的ASYST EFEM产品，总共具有22个伺服轴：每个负载端口的四个，对于晶片发动机的四个，提取和移动晶片的四个，以及预先取出的两个。

他们如何处理所有这些轴？“我们使用集中式控制器，但我们有分发的伺服驱动板，”Bonora说，描述了基于SynqNet的系统。“通过一个中央处理单元，我们可以协调所有负载端口的活动，如果需要，以及晶片引擎的所有活动。它是分布式司机，但集中的高级控制。“

分布式控制允许它们最小化电缆，从而最大限度地颗粒，在洁净室环境中总是重要。“计算你可能拥有的所有限制性开关和其他类型的传感器 - 这可能是几十根电线，”Bonora说。“这些是我们消除了这种控制架构的东西。它还允许我们利用非常强大的教学和诊断工具。“

这是网络和智能组件的普遍引用的好处，但Bonora强调他们的控制架构也赋予了必要的灵活性。“A maintenance person can access all the different kinds of servo motors being used with a common platform for diagnostics and teaching, and yet it allows us to use a diverse set of motors, whether they’re brushless motors, linear motors or brush type as required at the point of use.”

Motorology的动作
它不仅仅是对负载端口的同步，需要快速稳定时间。今天过程中使用的纳米级计量甚至需要更好的准确性。在信任自动化，Safreno和他的小组使用AB类线性伺服驱动器或放大器的性能，而不是具有脉冲宽度调制（PWM）的更传统的数字伺服驱动器。

具有PWM的数字伺服驱动器由方波驱动 - 例如，在10分钟内进行10米，例如，系统在一次跳转中传播仪表，等待在下一分钟的系统时，达到另一米，等等。随着滤波技术和千赫兹或更高的调制率，可以平滑到基本上逐步的运动以类似于模拟输出，而是仅达到一个点。

“在计量应用中，他们不能容忍振动，”Safreno说。“On a PWM drive, you may not see your encoder counts ticking by because you've settled to less than a count -- you're at zero or bouncing between zero and one very subtly, you’re not vibrating enough to take you over to the next count.”

PWM驱动器还遭受编码器信号插值过程中产生的噪声。“你有一个振动，因为我们都想到的机械，电力机械的东西，”他指出“，但你也有振动，因为编码器中的敏感电子产品认为事情在不是。”

压电执行器提供一种替代方案，以获得精细定位。它们具有许多优点 - 例如，它们不会产生热量，并且它们不会产生磁场。然而，与现实世界工程中的所有事情一样，压电执行器涉及权衡。

“压电不是世界对微观运动控制的答案，”Safreno说。“他们有一些很酷的应用，但它们通常没有大量的持有力量。他们真的没有在盛大的事物方案中有巨大的一生。有颗粒生成，因为压电电机执行摩擦拖动类型的动作，如果你需要高力或高加速，你就不会得到它。“

输入AB类线性伺服驱动器。与脉冲宽度调制的数字伺服驱动器不同，AB线性伺服驱动器驱动输出变量电压以以恒定速度而不是离散步骤的运动产生运动。这种平滑运动可以提供纳米级计量应用所需的准确度和稳定时间。

但是，再一次，Safreno笔记有权衡。“您获得稳定的直流电压的原因是因为您弄清楚了[所需的电压]，并且相当于电流进入电机的电流。剩下的力量，你扔掉了热量。它使它成为一个非常准确的精确的驱动器，但它也使其成为效率低下的驱动器。“然而，在某些应用中，需要性能的需求超过了效率问题。

本文的第II部分将讨论拾取电子设备组件中的运动控制的使用。不要错过它！

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