Movimento nel settore dei Semiconduttori: applicazioni e requisiti

Il settore dei Semiconduttori è caratterizzato da requisiti di precisione estremamente elevati, che richiedono tecnologie all’avanguardia per il controllo del movimento e i sistemi di posizionamento – sia per profili di movimento lineari sia rotativi. I requisiti complessivi di accuratezza, in combinazione con la massima dinamica, stanno aumentando la complessità delle tecnologie motoristiche impiegate.

Nella produzione di semiconduttori, precisione e affidabilità in tutte le attività di movimento sono fondamentali per i processi dei costruttori di macchine, come la movimentazione dei wafer, la pulizia dei wafer, l’allineamento delle fotomaschere, la litografia fino all’ispezione.

Processi e allineamento dei wafer

I wafer per Semiconduttori richiedono un posizionamento preciso durante i diversi processi di produzione, come etching, deposizione, pulizia per rotazione (spin cleaning) e litografia. Tuttavia, l’attenzione non è rivolta solo al posizionamento preciso: durante i processi è cruciale anche un movimento accurato e regolare.

In particolare nei processi di etching e deposizione, un movimento fluido e accurato garantisce stabilità durante le fasi produttive. Ciò riduce vibrazioni ed errori di posizionamento e consente tempi di produzione più efficaci e più brevi. Questo requisito è cruciale per ottenere e mantenere l’integrità di strutture da sub-micron a nanometriche sulle superfici dei wafer. La cosiddetta “on wafer performance” aumenterà in modo significativo, ed è un obiettivo primario per tutti i principali attori del settore, per garantire la massima qualità del wafer.

Movimentazione di fotomaschere e reticoli

Durante la produzione dei circuiti integrati (IC), fotomaschere e reticoli devono essere lavorati e movimentati con estrema cura per evitare contaminazioni e disallineamenti. Un movimento privo di gioco (backlash-free) garantisce che i pattern sulle fotomaschere vengano trasferiti con accuratezza durante il processo di esposizione.  Nelle tecnologie di movimento, una delle fonti di contaminazione è l’usura. Per evitare l’usura, si preferiscono tecnologie di movimento direct drive. Queste presentano una dissipazione del calore ottimizzata e sono facili da integrare e incapsulare grazie a un ingombro di montaggio molto compatto.

Apparecchiature di ispezione

Nel campo del Quality Assurance dopo i processi produttivi, in particolare i microscopi elettronici a scansione (SEM), beneficiano del funzionamento regolare. La qualità e l’efficienza dei processi di ispezione dipendono fortemente da sensori che, grazie al sistema di movimento, si muovono o eseguono la scansione mentre il wafer si muove. Pertanto, i costruttori di macchine devono implementare tecnologie di movimento altamente precise per soddisfare i rigorosi standard qualitativi richiesti nella produzione di semiconduttori.

Requisiti dei motori nel settore dei Semiconduttori

Bassa coppia di cogging

Una delle sfide più rilevanti nelle applicazioni sopra menzionate è la coppia di cogging – un fenomeno comune nei motori con alloggiamenti in cui l’interazione tra magneti permanenti e cave dello statore causa un movimento irregolare. Questo problema può essere compensato tramite mappatura software o filtraggio dell’elettronica; tuttavia, non sempre funziona come previsto e richiede determinati compromessi e competenze, soprattutto quando l’obiettivo principale è la massima qualità di marcia.

Elevata densità di coppia

Le linee di fabbricazione dei semiconduttori richiedono un’elevata densità di coppia per rimanere il più compatte possibile, a causa degli elevati costi dello spazio in camera bianca. In questo modo, anche incapsulamento e integrazione risultano più semplici e l’insieme è più ottimizzato in termini di costi e prestazioni.

Efficienza e affidabilità migliorate

Tecnologie motoristiche affidabili portano a una migliore efficienza energetica e a una maggiore vita operativa, riducendo fermi impianto e costi di manutenzione: un fattore cruciale nella produzione di semiconduttori ad alti volumi. In parallelo risultano direttamente migliorati anche gli aspetti di sostenibilità e la necessaria impronta “green”.

Risposta dinamica migliorata

Elevate accelerazioni e decelerazioni con un overshoot minimo sono fondamentali nelle applicazioni che richiedono rapidi cambi di movimento. Questa prestazione dinamica è richiesta nella maggior parte delle operazioni di trasporto e allineamento del wafer durante la litografia. Ciò è possibile con motori a bassa induttanza, in combinazione con alte frequenze di commutazione (PWM).

Prestazioni di coppia di picco

In relazione al punto precedente, alte accelerazioni significano anche un’elevata coppia di picco per le tecnologie motoristiche.

Motori di coppia senza alloggiamenti e con alloggiamenti nelle apparecchiature per Semiconduttori

Sebbene siano comuni per il movimento rotativo sia i motori di coppia senza alloggiamenti sia quelli con alloggiamenti, esistono differenze chiave in termini di design e prestazioni. Qui affrontiamo le differenze rilevanti per il settore dei Semiconduttori; per approfondire, leggere qui.

Architettura di design

I motori di coppia con alloggiamenti incorporano cave dello statore che alloggiano gli avvolgimenti, il che introduce intrinsecamente variazioni periodiche nel campo magnetico, causando la cosiddetta coppia di cogging. Al contrario, i motori senza alloggiamenti hanno avvolgimenti inglobati in una superficie continua, riducendo così l’ondulazione magnetica e migliorando la regolarità di funzionamento.

Ondulazione di coppia e regolarità del movimento

I motori con alloggiamenti mostrano tipicamente un’ondulazione di coppia percepibile a causa dell’effetto di cogging, che può portare a vibrazioni e a un controllo meno preciso. Il design senza cave riduce al minimo queste irregolarità, risultando particolarmente vantaggioso per applicazioni che richiedono controllo fine e disturbo minimo, come nella produzione di semiconduttori.

Dissipazione del calore ed efficienza

I motori con alloggiamenti tendono a offrire una dissipazione del calore migliore rispetto ai motori senza alloggiamenti. Tuttavia, i motori senza alloggiamenti di nuova generazione, prodotti con metodi innovativi, riducono in modo significativo il divario tra le due tecnologie. Nei casi in cui un design con alloggiamenti venga utilizzato in saturazione o oltre, i motori senza alloggiamenti possono offrire un’efficienza complessiva migliore.

Costo e complessità

In generale, i motori di coppia con alloggiamenti possono essere meno costosi da produrre grazie a strutture di avvolgimento più semplici. Tuttavia, i vantaggi di costo possono essere ridotti dalla necessità aggiuntiva di sistemi di controllo avanzati per mitigare gli effetti di cogging. Nelle applicazioni per semiconduttori ad alta precisione, le prestazioni e l’affidabilità migliorate dei motori senza alloggiamenti spesso giustificano il costo iniziale leggermente più elevato.

FiberPrinting™ e motori SlimTorq™ di Alva Industries

I motori di coppia senza alloggiamenti rappresentano un importante progresso tecnologico nel campo del controllo del movimento di precisione. Tuttavia, talvolta non offrono una densità di coppia sufficiente per ottenere i risultati richiesti e possono essere difficili/costosi da produrre. I motori senza alloggiamenti FiberPrinted Alva SlimTorq™ sono la soluzione a queste sfide e, pertanto, una scelta eccellente per applicazioni nei Semiconduttori.

I vantaggi intrinseci di bassa coppia di cogging, elevata densità di coppia, risposta dinamica migliorata ed efficienza aumentata li rendono particolarmente adatti ad ambienti che richiedono una precisione eccezionale. Rispetto ai motori di coppia con alloggiamenti, i benefici offerti dai design senza cave in termini di regolarità del movimento e affidabilità operativa sono determinanti per soddisfare le rigorose esigenze della produzione di semiconduttori. Man mano che il settore continua a evolversi con una miniaturizzazione crescente e aspettative di prestazioni più elevate, l’adozione di motori di coppia senza cave FiberPrinted, e di SlimTorq™, è destinata a crescere, promuovendo ulteriore innovazione ed efficienza nella tecnologia di processo dei semiconduttori attraverso:

• Il più sottile (massimo rapporto ID/OD)
• Cogging nullo e ondulazione di coppia estremamente bassa
• Elevata Costante Motore (Km)
• Design e produzione scalabili

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Per saperne di più sui motori Alva SlimTorq™ e sulle loro applicazioni nelle apparecchiature per Semiconduttori, visiti Alva Industries.