臺(tái)達(dá)晶圓線邊倉搬運(yùn)解決方案， 效率與潔凈度的雙重保證
1 線邊倉介紹及應(yīng)用需求
晶圓線邊倉在半導(dǎo)體制造設(shè)備中扮演物料管理角色，線 邊倉又稱暫存?zhèn)}或Stocker，目的是在制造過程中，將晶圓 暫存于生產(chǎn)線旁邊的儲(chǔ)存區(qū)，可以最大幅度地減少晶圓的運(yùn) 輸距離和時(shí)間，以便進(jìn)行下一步的處理或傳輸。在半導(dǎo)體制 程中，晶圓線邊倉可能置于以下位置：
· 前端制程設(shè)備旁：例如清洗、曝光和刻蝕; · 后端制程設(shè)備旁：例如鍍膜和檢測;
· 轉(zhuǎn)換站點(diǎn)：這些站點(diǎn)通常用于從一個(gè)制程轉(zhuǎn)移到另一 制程，方便晶圓的轉(zhuǎn)移和暫存。
沒有線邊倉，會(huì)有什么影響?—— · 生產(chǎn)效率降低
沒有線邊倉意味著在生產(chǎn)過程中，需要不斷地將晶圓從 一個(gè)制程轉(zhuǎn)移到另一個(gè)制程，每次轉(zhuǎn)移都需要額外的時(shí)間和 人力;
· 生產(chǎn)流程不穩(wěn)定，增加污染風(fēng)險(xiǎn)
在生產(chǎn)過程中，晶圓需要在潔凈的環(huán)境中進(jìn)行處理，以 防止污染影響芯片的質(zhì)量。沒有線邊倉意味著晶圓可能暴露 在不受控制的環(huán)境中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這會(huì)增加污染的風(fēng)險(xiǎn)，對芯 片的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。
線邊倉是電子行業(yè)的重點(diǎn)設(shè)備之一，主要被應(yīng)用于半導(dǎo) 體、PCB、電子零件、工具機(jī)等產(chǎn)業(yè)，因應(yīng)5G時(shí)代來臨，待 取物的價(jià)值越來越高，制程精密不能碰撞且需要更佳的存放 方案。同時(shí)，在目前的實(shí)際生產(chǎn)中，客戶往往會(huì)碰到的應(yīng)用 “痛點(diǎn)”有：
· 傳統(tǒng)六軸手臂所需操作空間大，價(jià)格高昂;
· 取放臂移動(dòng)路徑受限運(yùn)動(dòng)學(xué)，直行與圓弧切換移動(dòng)頓 挫感大;
· 機(jī)臺(tái)類型多樣化，傳統(tǒng)手臂機(jī)構(gòu)尺寸固定，無法滿足· 需求;
· 不同品牌電控設(shè)備之間通訊整合困難。
綜上所述，晶圓線邊倉搬運(yùn)系統(tǒng)的應(yīng)用“痛點(diǎn)”及需求 如圖1所示。
2 線邊倉工藝解析
晶圓線邊倉的工藝結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，具體工藝如下：
(1)HMI動(dòng)態(tài)監(jiān)控
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示手臂運(yùn)行過程中的電機(jī)電流及轉(zhuǎn)速;使用 者可透過前FOUP(開式晶圓傳送盒)開門掃片功能掌握殘 片數(shù)量。
(2)客制化監(jiān)控畫面
包含PCB板數(shù)量、設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)、總產(chǎn)量、產(chǎn)能、設(shè)備 生產(chǎn)速度參數(shù)、手臂電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)監(jiān)控等。
(3)掃片功能
FOUP開門掃片采連續(xù)不間斷高速掃描，掃描20片需時(shí) 約5秒。
(4)PLC
通過Ethernet連接SCM指令并經(jīng)由Modbus TCP通訊協(xié) 議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，建立手動(dòng)控制變頻器、伺服系統(tǒng)、工業(yè)機(jī) 器人、氣缸等功能。
(5)伺服系統(tǒng)
FOUP設(shè)定正負(fù)行程極限與電機(jī)Servo off剎車機(jī)制，PR 模式+通信設(shè)置。
(6)工業(yè)機(jī)器人
設(shè)定Z軸回升電阻規(guī)格、外擴(kuò)軸，以DMCNET模式控制Z 軸升降。
(7)變頻器
搭配光電傳感器部署安全防護(hù)措施，若上方有板件，就 不會(huì)再進(jìn)板。
(8)取框
整框PCB板由入料口或儲(chǔ)格內(nèi)取出，手臂會(huì)由框內(nèi)的下 安全點(diǎn)，垂直向上頂至上安全點(diǎn)，再移動(dòng)到各面原點(diǎn)等待。
(9)放框
整框PCB板由等待點(diǎn)移動(dòng)至儲(chǔ)格或出料口的上安全點(diǎn)， 并垂直向下至下安全點(diǎn)，放置完成后手臂再移動(dòng)至原點(diǎn)，完 成取放動(dòng)作。
(10)生成點(diǎn)位
只需對最下層的儲(chǔ)格進(jìn)行教點(diǎn)，手臂內(nèi)會(huì)記錄點(diǎn)位與高 度，搭配HMI 輸入偏移量等信息，可自動(dòng)生成手臂取放點(diǎn)位。
(11)路徑疊合
直線運(yùn)動(dòng)與點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路徑疊合，手臂運(yùn)行過程無停 頓，動(dòng)作流暢并縮短CT。
3 臺(tái)達(dá)晶圓線邊倉搬運(yùn)系統(tǒng)控制解決方案
臺(tái)達(dá)晶圓線邊倉搬運(yùn)系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 該晶圓線邊倉搬運(yùn)系統(tǒng)控制方案的特點(diǎn)包括：
(1)節(jié)省空間
可向內(nèi)旋轉(zhuǎn)切換手系，無須將各軸伸直，有效節(jié)省機(jī)臺(tái) 空間。
(2)動(dòng)作路徑平滑
系統(tǒng)可通過S-curve設(shè)定解決加減速時(shí)頓挫問題，使手臂附載移動(dòng)更加平穩(wěn)。
圖 3 臺(tái)達(dá)晶圓線邊倉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(3)內(nèi)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)
可依照客戶提供機(jī)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行客制化手臂模型建立。
(4)全 Modbus方案
整合Modbus通訊協(xié)議，解決開發(fā)者需要處理復(fù)雜數(shù)據(jù) 交換的不便性，節(jié)省開發(fā)時(shí)間。
(5)誤差補(bǔ)償
取放指令可以搭配偏移量，如有機(jī)構(gòu)誤差，可通過此功 能進(jìn)行點(diǎn)位修正。
4 小結(jié)
晶圓搬運(yùn)在市場上正面臨著高精度、復(fù)雜環(huán)境、安全 性、整合難度、成本壓力、生產(chǎn)效率等多重挑戰(zhàn)。臺(tái)達(dá)晶圓 線邊倉搬運(yùn)解決方案使用全套臺(tái)達(dá)運(yùn)動(dòng)控制方案，不僅到位 精度及CT時(shí)間達(dá)到了客戶的要求，并且整體系統(tǒng)成本較過往 更是省下65%，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)達(dá)與客戶“雙贏”的效果。
