高精密運動定位技術, 助推半導體設備創(chuàng)新發(fā)展 ——訪 PI 普愛納米位移(上海)有限公司華南區(qū)銷售經(jīng)理 盧進燈
文:測量系統(tǒng) 半導體 PI2023年第六期
導語:德國PI集團(Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG)成立于1970年,是一家世界領先的納米級高精度定位位移系統(tǒng) 及測量系統(tǒng)的全球解決方案供應商。近年來,PI在中國建立起生產(chǎn)基地和本地化研發(fā)團隊,在中國市場上的業(yè)務發(fā)展保持著穩(wěn) 步成長的態(tài)勢,特別是在半導體設備行業(yè),憑借豐富的實際開發(fā)經(jīng)驗與積累,PI在晶圓檢測測試機環(huán)節(jié)中取得了亮眼的成績, 并同時與半導體設備廠商攜手合作,探索前道制程領域的創(chuàng)新突破。
PI 普愛納米位移(上海)有限公司 華南區(qū)銷售經(jīng)理 盧進燈
發(fā)力半導體設備市場
最近幾年PI在中國市場上的業(yè)務發(fā) 展保持著穩(wěn)步成長的態(tài)勢,除了科研這 一重點細分市場之外,3C電子制造高 精密點膠、醫(yī)療器械、光子學測試/裝 配和封裝主動對準等都是PI目前重要的 開拓領域,其中,半導體設備市場是較 為明顯的一個業(yè)績增長點。
盧進燈表示:“盡管近一年來全球 整體經(jīng)濟環(huán)境處于下行周期,對PI中國 區(qū)的業(yè)務發(fā)展也帶來了一定的影響, 但一個令人可喜的現(xiàn)象是,我們在半 導體設備市場的業(yè)務取得了長足的進 步,在這一領域中,我們希望憑借自 己多年來積累的高精密運控控制開發(fā) 經(jīng)驗,能夠為中國半導體設備廠商提 供具有差異化特征、且更高應用價值 的一整套解決方案,其中包括電機、 驅動、運動控制、軟件、配套設施以 及售后服務支持等等。”
例如,在晶圓檢測測試機環(huán)節(jié)中, 隨著晶圓特征尺寸的減小和設計復雜度 的增加,對于晶圓檢驗(即在起始晶圓 或基板或成品器件中尋找缺陷)的要求 越來越苛刻、挑戰(zhàn)性不斷增加,且成本 日益高昂,這些使得半導體晶圓檢測工 藝中亟需采用高精密運動控制技術以及 具有嚴格速度調(diào)節(jié)的同步多軸動態(tài)性能 方案,同時借助缺陷檢驗分步掃描技術,幫助半導體制造商通過早期缺陷檢 測來防止成品率的損失,并降低成本 ——而這也正是PI高精密運動平臺的應 用優(yōu)勢所在。
針對這一特定應用場景,PI高精密 運動控制平臺在θZ軸采用直驅力矩電 機,負責晶圓或基板的精細旋轉分度和 對準,力矩電機高精度且可重復360度 旋轉,無空回;磁性直接驅動器可實現(xiàn) 高速度和加速度;直接驅動、無槽、無 刷力矩電機可提供非常低的齒槽轉矩, 并實現(xiàn)平穩(wěn)的速度和低誤差運動。在Z 軸,系統(tǒng)運用無鐵芯直線電機,做精密 晶圓對準,電機具有的零齒槽效應可確 保平滑的掃描速度或精密的增量步進; 搭配高分辨率編碼器可實現(xiàn)運動平臺的 納米級定位。此外,在XY軸,系統(tǒng)采 用高動態(tài)無鐵芯直線電機,可在長行程 內(nèi)實現(xiàn)快速、精密的輪廓加工;搭配絕 對編碼器,確保運行期間的安全性;低 外形剛性平臺可減少阿貝偏移;優(yōu)化的 集成電纜管理,可減少運動阻力并延長 使用壽命;花崗巖底座進一步保證了運 動系統(tǒng)的較高性能。
而在驅控部分,PI高精密運動控制 平臺結合集團內(nèi)部ACS Motion開發(fā)的 支持EtherCAT協(xié)議標準的運動控制和驅 動模塊,為客戶提供了開放式網(wǎng)絡連接 方式,同時先進的驅控算法也為快速步進和穩(wěn)定、高就位穩(wěn)定性以及出色的恒定掃描速度提供了保 障,且控制器具有自動聚焦功能,可實現(xiàn)動態(tài)聚焦調(diào)整,前 瞻功能還可調(diào)整速度以保持精度,并支持廣泛的編程環(huán)境及 高級語言,助力用戶輕松編程運動路徑,包括G代碼等等。
磁懸浮創(chuàng)新突破極限
全球半導體產(chǎn)業(yè)鏈在近幾年發(fā)生的劇烈震蕩以及供應鏈 重構,有目共睹,這也為中國本土半導體產(chǎn)業(yè)提供了的一個 良好的發(fā)展機遇。在PI走過的五十多年發(fā)展歷程中,公司在 半導體設備領域具有豐富的實際開發(fā)經(jīng)驗與積累,身處于中 國半導體制造的新一輪高速發(fā)展期,除了晶圓檢測之外,PI 直驅技術方案也正朝著半導體制造的前道工藝邁進。據(jù)悉, 目前PI已和國內(nèi)部分半導體設備行業(yè)的龍頭企業(yè)結為了緊密 的合作伙伴關系,并已有產(chǎn)品批量供應客戶。
盧進燈介紹道:“半導體制造的工藝流程較長,目前大 部分國內(nèi)廠商主要集中在后道制程上,而在光刻、刻蝕、沉 積、摻雜/離子植入等半導體前道制程方面,基本上還是由少 數(shù)幾家歐美大公司所主導,近些年中國半導體企業(yè)加大了對 前道工藝制程的研發(fā)投入,在這一過程中,PI也非常愿意與國 內(nèi)客戶攜手攻關,助力中國半導體設備技術實現(xiàn)升級突破?!?/p>
除了在測試機部分發(fā)力之外,據(jù)了解,PI研發(fā)推出的一 些新技術也正在半導體制造領域嶄露頭角。例如,PI創(chuàng)新開 發(fā)的磁懸浮技術使用純磁場支持的非接觸式平臺,可在空間 中以六個自由度自由定位,結合特有的驅動和傳感器技術, 該磁懸浮技術可將分辨率降至納米精度甚至皮米級別精度, 同時具有高動態(tài)性,且不會產(chǎn)生粉塵顆粒,特別是能夠滿足 在高潔凈空間中的加工要求。與通常采用的氣浮平臺相比, PI磁懸浮技術幾乎無磨損,即使在高負荷周期和高動態(tài)條件 下,也能保證整個使用壽命內(nèi)的優(yōu)良性能,并且無振動,能 夠在超高真空或高級潔凈室等精細環(huán)境中實現(xiàn)零顆粒操作。
據(jù)介紹,這項新技術在半導體前道制程光刻設備、檢測計量 等環(huán)節(jié)上會有非常好的應用前景。
建立本土化生產(chǎn)基地
早在2019年,PI就開始備籌備建立位于常州的生產(chǎn)基 地,2021年,PI常州工廠正式投產(chǎn),為中國本土市場客戶提 供了穩(wěn)定的產(chǎn)品供應貨期和品質(zhì)保障。目前,PI中國工廠的 產(chǎn)能正穩(wěn)步提高,生產(chǎn)規(guī)模逐步擴大,并且還在上海增設了 應用技術實驗室,以便于能夠結合實際需求,開發(fā)出真正滿 足中國用戶使用要求的產(chǎn)品和技術方案。
針對現(xiàn)階段直驅市場“內(nèi)卷”現(xiàn)象升級的狀況,盧進燈 認為,行業(yè)“內(nèi)卷”是一把“雙刃劍”,它一方面可以為中國 自動化用戶帶來許多低成本的技術解決方案;但另一方面, 僅僅圍繞產(chǎn)品價格展開的競爭,也在不斷壓縮企業(yè)的利潤空 間,使得企業(yè)沒有充足的資金和動力去投入到產(chǎn)品研發(fā)中, 開發(fā)更加創(chuàng)新型的產(chǎn)品、方案,因此,從長期來看,弊大于 利,尤其是不利于企業(yè)和整體行業(yè)的健康、良性發(fā)展,甚至 有可能會成為行業(yè)進步的一個阻力。
“市場競爭確實在所避免,但最重要的是首先要明確企 業(yè)自身的市場定位,PI始終聚焦在半導體生產(chǎn)和檢驗、高精 度工業(yè)制造、光學對準和計量、顯微鏡和生命科學等高端應 用領域,同時通過我們本地化工廠和研發(fā)團隊,為中國客戶 提供品質(zhì)優(yōu)秀且具有差異化特點的產(chǎn)品和技術方案?!北R進 燈說。
在全球工業(yè)加速邁向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的當下, 制造業(yè)對于光通訊、納米級加工等前沿技術的需求愈發(fā)凸 顯,憑借在壓電控制、馬達驅動控制、磁性驅動控制、傳感 器、運動控制等技術組合上的豐富經(jīng)驗,PI將針對各種實際應 用場景,力爭為客戶帶來完整的、定制化的高精密運動控制 及定位系統(tǒng)解決方案,協(xié)助中國企業(yè)提升研發(fā)和生產(chǎn)效率。
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