高精密運動定位技術, 助推半導體設備創新發展 ——訪 PI 普愛納米位移(上海)有限公司華南區銷售經理 盧進燈

文:測量系統 半導體 PI2023年第六期

 

PI 普愛納米位移(上海)有限公司 華南區銷售經理 盧進燈

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  發力半導體設備市場

  最近幾年PI在中國市場上的業務發 展保持著穩步成長的態勢,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 為明顯的一個業績增長點。

  盧進燈表示:“盡管近一年來全球 整體經濟環境處于下行周期,對PI中國 區的業務發展也帶來了一定的影響, 但一個令人可喜的現象是,我們在半 導體設備市場的業務取得了長足的進 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 經驗,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?!?/p>

  例如,在晶圓檢測測試機環節中, 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 具有嚴格速度調節的同步多軸動態性能 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 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, 并實現平穩的速度和低誤差運動。在Z 軸,系統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運動平臺的 納米級定位。此外,在XY軸,系統采 用高動態無鐵芯直線電機,可在長行程 內實現快速、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 平臺結合集團內部ACS Motion開發的 支持EtherCAT協議標準的運動控制和驅 動模塊,為客戶提供了開放式網絡連接 方式,同時先進的驅控算法也為快速步進和穩定、高就位穩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,可實現動態聚焦調整,前 瞻功能還可調整速度以保持精度,并支持廣泛的編程環境及 高級語言,助力用戶輕松編程運動路徑,包括G代碼等等。

PI 磁懸浮技術

  磁懸浮創新突破極限

  全球半導體產業鏈在近幾年發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業提供了的一個 良好的發展機遇。在PI走過的五十多年發展歷程中,公司在 半導體設備領域具有豐富的實際開發經驗與積累,身處于中 國半導體制造的新一輪高速發展期,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。據悉, 目前PI已和國內部分半導體設備行業的龍頭企業結為了緊密 的合作伙伴關系,并已有產品批量供應客戶。

  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 數幾家歐美大公司所主導,近些年中國半導體企業加大了對 前道工藝制程的研發投入,在這一過程中,PI也非常愿意與國 內客戶攜手攻關,助力中國半導體設備技術實現升級突破?!?/p>

  除了在測試機部分發力之外,據了解,PI研發推出的一 些新技術也正在半導體制造領域嶄露頭角。例如,PI創新開 發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, 同時具有高動態性,且不會產生粉塵顆粒,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條件 下,也能保證整個使用壽命內的優良性能,并且無振動,能 夠在超高真空或高級潔凈室等精細環境中實現零顆粒操作。

  據介紹,這項新技術在半導體前道制程光刻設備、檢測計量 等環節上會有非常好的應用前景。

  建立本土化生產基地

  早在2019年,PI就開始備籌備建立位于常州的生產基 地,2021年,PI常州工廠正式投產,為中國本土市場客戶提 供了穩定的產品供應貨期和品質保障。目前,PI中國工廠的 產能正穩步提高,生產規模逐步擴大,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,開發出真正滿 足中國用戶使用要求的產品和技術方案。

  針對現階段直驅市場“內卷”現象升級的狀況,盧進燈 認為,行業“內卷”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, 僅僅圍繞產品價格展開的競爭,也在不斷壓縮企業的利潤空 間,使得企業沒有充足的資金和動力去投入到產品研發中, 開發更加創新型的產品、方案,因此,從長期來看,弊大于 利,尤其是不利于企業和整體行業的健康、良性發展,甚至 有可能會成為行業進步的一個阻力。

  “市場競爭確實在所避免,但最重要的是首先要明確企 業自身的市場定位,PI始終聚焦在半導體生產和檢驗、高精 度工業制造、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團隊,為中國客戶 提供品質優秀且具有差異化特點的產品和技術方案?!北R進 燈說。

  在全球工業加速邁向數字化、網絡化、智能化的當下, 制造業對于光通訊、納米級加工等前沿技術的需求愈發凸 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 及定位系統解決方案,協助中國企業提升研發和生產效率。

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