晶圓的制造和測(cè)試是如今半導(dǎo)體制造過(guò)程中不可或缺的一部分。如今，晶圓檢測(cè)機(jī)不僅要求伺服驅(qū)動(dòng)器要高性能、高精度，而且需確保24/7生產(chǎn)，維護(hù)時(shí)間少，可靠性高。當(dāng)測(cè)試設(shè)備制造商創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)下一代檢測(cè)機(jī)時(shí)，Elmo的伺服驅(qū)動(dòng)器和控制器成為被市場(chǎng)證明的最合適的解決方案。

你可通過(guò)閱讀以下案例研究，獲得更全面的了解：

糾錯(cuò)功能幫助系統(tǒng)達(dá)到10nm精度的最終目標(biāo)。

凹口定位功能可以在最高轉(zhuǎn)速下定位晶圓。

專有的自動(dòng)對(duì)焦功能有效提高機(jī)器吞吐量，使晶圓達(dá)到已對(duì)焦測(cè)量目標(biāo)。

設(shè)備要求

對(duì)于領(lǐng)先的半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備制造商而言，伺服性能在整個(gè)系統(tǒng)中起著極其重要的作用。由于系統(tǒng)分辨率為1nm，且需在動(dòng)態(tài)方面運(yùn)行，具有一定的挑戰(zhàn)性，因此制造商需要生產(chǎn)具有獨(dú)特特性的創(chuàng)新高性能檢測(cè)臺(tái)。現(xiàn)有設(shè)備包括4個(gè)檢測(cè)軸，加上另外6個(gè)Elmo驅(qū)動(dòng)型軸必須集成到平臺(tái)中。由于這些是在設(shè)備內(nèi)部及晶圓附近的非常敏感的組件，因此“設(shè)計(jì)”的每一個(gè)小細(xì)節(jié)都至關(guān)重要，尤其需要確認(rèn)設(shè)備多年運(yùn)行的可靠性，這一點(diǎn)決定成敗。

運(yùn)動(dòng)控制解決方案

Gold Whistle伺服驅(qū)動(dòng)器

Gold Maestro控制器

6個(gè)Gold Whistle驅(qū)動(dòng)器緊密地被集成在一個(gè)定制的PCB上，并安裝在檢測(cè)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件中，緊鄰相應(yīng)的電機(jī)和編碼器，可以將相位和編碼器電纜縮短到最小。這些驅(qū)動(dòng)器都通過(guò)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與Elmo的Gold Maestro主控制器相連，后者以500微秒的超高速周期時(shí)間管理系統(tǒng)。只需將更多的軸添加到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)并分配它們的地址，系統(tǒng)就可以輕松地使用更多的軸進(jìn)行擴(kuò)展。

Elmo的Gold Maestro可同時(shí)運(yùn)行多達(dá)16個(gè)可執(zhí)行異步序列的并行程序，而機(jī)器的主機(jī)只需觸發(fā)必要的序列，例如“加載晶圓”，Gold Maestro就會(huì)管理該序列并報(bào)告事件。由于主機(jī)不必浪費(fèi)時(shí)間輪詢序列狀態(tài)，因此使用這種異步機(jī)制可以節(jié)省主機(jī)的計(jì)算資源。

由于驅(qū)動(dòng)器會(huì)受到持續(xù)的振動(dòng)和沖擊，因此需要通過(guò)使用經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的萬(wàn)無(wú)一失的電子設(shè)備來(lái)承受這種振動(dòng)和沖擊，這一點(diǎn)至關(guān)重要。與電機(jī)本身產(chǎn)生的熱量相比，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的熱量可以忽略不計(jì)，電機(jī)在每100瓦的機(jī)械功率下將產(chǎn)生大約10瓦的熱量，得益于經(jīng)過(guò)99%驗(yàn)證的效率，這些驅(qū)動(dòng)器將僅產(chǎn)生1瓦的熱量。

檢測(cè)臺(tái)的機(jī)械精密度需要達(dá)到10納米精度的最終目標(biāo)，考慮到檢測(cè)舞臺(tái)的X、Y、Z和θ軸都不是100%彎曲、平直、精確或剛性的，這并非易事。Elmo引入3D糾錯(cuò)功能，主要通過(guò)采用預(yù)加載的糾錯(cuò)表，以此表示檢測(cè)臺(tái)的誤差，并通過(guò)誤差數(shù)據(jù)自動(dòng)補(bǔ)償定位。Elmo Application Studio的環(huán)境集成了用于測(cè)量這些機(jī)械錯(cuò)誤的高級(jí)自動(dòng)化工具，提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易用的圖形用戶界面。

該系統(tǒng)中的每一個(gè)Elmo Gold驅(qū)動(dòng)器都以高達(dá)20KHz的循環(huán)速率管理各級(jí)聯(lián)的位置-速度-電流閉環(huán)。強(qiáng)大的DSP還管理著10多個(gè)各種類型的內(nèi)嵌高階濾波器：低通/陷波/反陷波/雙四階/超前-滯后，其中一些會(huì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)而變化。此外，該系統(tǒng)還采用了非線性特殊算法，以提高穩(wěn)定時(shí)間。

該驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)缺口查找功能，這是一個(gè)便于機(jī)器搜索新到達(dá)晶圓方向的序列。具體任務(wù)是持續(xù)旋轉(zhuǎn)θ軸，直到專用傳感器檢測(cè)到缺口（晶圓邊緣上的一個(gè)特殊V形標(biāo)記），并將其角度報(bào)告給主機(jī)。如果能夠更快地發(fā)現(xiàn)缺口，這就意味著每小時(shí)可以獲得處理更多的晶圓。因此這項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)程序是在極低的驅(qū)動(dòng)水平下執(zhí)行的，其中晶圓邊緣的模擬信號(hào)以20KHz的采樣率進(jìn)行采樣，并且能夠在最高轉(zhuǎn)速下檢測(cè)缺口標(biāo)記。

在晶圓的檢測(cè)中，我們還使用了一個(gè)嵌入式相機(jī)。每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都由一個(gè)具有固定鏡頭的高分辨率、高幅度的光學(xué)相機(jī)進(jìn)行捕捉。根據(jù)對(duì)焦感測(cè)試硬件，向上/向下輕微移動(dòng)晶圓（檢測(cè)臺(tái)Z軸），以完成相機(jī)的對(duì)焦。為了提高產(chǎn)量， XY平臺(tái)會(huì)在測(cè)量點(diǎn)之間移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行對(duì)焦，使得晶圓能夠到達(dá)已經(jīng)對(duì)焦的測(cè)量目標(biāo)。由于此功能包含特殊的硬件接口和特殊算法，因此Elmo專門為該應(yīng)用設(shè)置了自定義功能。由于Elmo Gold驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部有一個(gè)靈活的FPGA，因此此類定制功能相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)。

一系列的結(jié)果是:

能夠?qū)lmo的同類最佳引腳型高性能伺服驅(qū)動(dòng)器集成到創(chuàng)新檢測(cè)臺(tái)中，以此顯著提高晶圓檢測(cè)機(jī)的性能。該驅(qū)動(dòng)器具有定制功能，例如：光學(xué)相機(jī)鏡頭自動(dòng)對(duì)焦功能、集成式缺口探測(cè)器功能，可以幫助定位晶圓和自動(dòng)糾錯(cuò)，從而顯著提高機(jī)器的準(zhǔn)確性、效率和速度。

關(guān)于Elmo

Elmo埃莫運(yùn)動(dòng)控制（上海）有限公司總部位于以色列，在美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、意大利、韓國(guó)、波蘭和英國(guó)設(shè)有辦事處，是高性能運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者之一。

我們提供完整的運(yùn)動(dòng)解決方案，設(shè)計(jì)并制造尖端伺服驅(qū)動(dòng)器，基于網(wǎng)絡(luò)的多軸運(yùn)動(dòng)控制器和集成伺服電機(jī)。所有產(chǎn)品均可通過(guò)埃莫先進(jìn)且簡(jiǎn)單易用的世界一流軟件工具整定和配置。憑借令人贊嘆的先進(jìn)技術(shù)，我們致力于推動(dòng)全球的運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)的發(fā)展，迄今已有數(shù)百萬(wàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行在世界各地，從工業(yè)到航空，從半導(dǎo)體到激光，從機(jī)器人到無(wú)人駕駛，有效提升各行業(yè)的機(jī)器性能。