by
1. Giới thiệu chung:
Vacuum Transfer Module - VTM (Vacuum Cluster Tool) hay có thể gọi tên sang tiếng Việt là module truyền dẫn (vận chuyển trong) chân không. Module này được dùng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất liên quan đến công nghệ bán dẫn (fab) và thường là sẽ làm việc trong môi trường phòng sạch. Trong ngành sản xuất linh kiện bán dẫn nó là một module trung gian để vận chuyển wafer (silicon wafers hoặc quartz photo-masks) giữa môi trường khí quyển (thường viết tắt là atm trong từ atmosphere) và môi trường chân không (thường viết tắt là vac trong từ vacuum) từ bộ EFEM (Equipment Front End Module) là module trang bị đầu vào (đưa đến wafer chưa qua xử lý và nhận lại wafer đã được xử lý xong) tới các module xử lý (PM- process module chẳng hạn như các module deposition, photoresist, aligner (align photo mask), UV light, etch...) để xử lý wafer theo yêu cầu. Tùy theo một hệ thống với chức năng nào đó mà có thể chứa 1,2 hoặc nhiều module truyền dẫn chân không này. Hãy xem một số hình bên dưới để thấy rõ hơn.
Đây là một hệ thống OLED Equipment bao gồm 1 module VTM với 3 buồng TM (là buồng chứa vacuum robot làm nhiệm vụ trung chuyển wafer trong môi trường chân không, các bạn có thể thấy xung quanh buồng TM có các khối vuông với các chữ viết tắt như PT, LL, Mask, HTL, HIL... đó chính là các module xử lý (PM) mà tấm wafer sẽ được di chuyển đến cho các công đoạn xử lý khác nhau.
Buffer chính là buồng đệm để vận chuyển wafer xuyên giữa các module TM với nhau. TM là buồng chamber có chứa Vacuum Robot, chi tiết hơn sẽ đề cập ở bên dưới.
Một số hệ thống khác:
Một hệ thống khác
2. Cấu tạo chung của một Vacuum Transfer Module (VTM):
Thường thì tùy theo bài toán và mục sản xuất mà các module VTM khác nhau được thiết kế ra. Dùng loại wafer nào? 200mm, 300mm, 400mm... theo đó kích thước buồng chamber (gồm TM chamber và Loadlock chamber, sẽ nói cụ thể sau) sẽ khác nhau. Có mấy module xử lý (PM) để thiết kế buồng TM chamber có mấy cửa theo đó, TM chamber có thể là hình vuông, hình lục giác, bát giác... Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến thiết kế một VTM như có tích hợp TM pump luôn không hay tách rời, có spare module xử lý (PM) nào không, có tích hợp LPM- Loadport module (cổng load wafer)... Hãy cùng xem một số hình bên dưới để thấy rõ hơn.
Kiểu 2 buồng TM chamber với 5 cửa PM, Load lock : STACK Type, wafer 200mm
Kiểu 1 buồng TM chamber với 4 cửa PM, Load lock : STACK Type, wafer 300mm
Kiểu 1 buồng TM chamber với 6 cửa PM, Load lock : DUAL STACK TYPE,, wafer 300mm
Kiểu 1 buồng TM chamber với 4 cửa PM, Load lock : ANGLE Type, wafer 300mm
Kiểu 1 buồng TM chamber với 6 cửa PM, Load lock : ANGLE Type, wafer 200mm
Bây giờ chúng ta hãy cùng đi vào tìm hiểu chi tiết nhé:
2.1 Loadlock: Cửa đón nhận wafer, cấp wafer chưa qua xử lý từ EFEM tới buồng TM, rồi từ đây thông qua Robot chân không (vacuum robot) các wafer đó sẽ được vận chuyển sang các PM module để xử lý theo yêu cầu.
Ở phía trước có các Door valve và phía sau có các Slot valve giống như tên gọi chúng là các cửa đóng mở được vận hành dựa theo chu trình bơm chân không và quá trình vận chuyển wafer từ bên ngoài vào bên trong buồng chamber chính (TM chamber).
Bên trong 1 loadlock thường bao gồm:
- các Pirani gauge (để đo lường áp suất không khí bên trong buồng) rồi hiển thị lên màn hình PC khi giám sát và điều khiển hệ thống,
- các ATM switch để hiển thị thông số áp suất đồng thời cũng giữ chức năng 1 switch để gửi tín hiệu trạng thái buồng loadlock là ATM hay VAC góp phần vào các liên động cho chu trình đóng mở cửa (door valve, slot valve), chu trình bơm chân không(pump) hay xả khí vào trong buồng (vent)...
Giả sử bên trong buồng loadlock là môi trường chân không (VAC) thì khi bạn điều khiển Door Valve mở, hệ thống sẽ không cho phép bạn làm điều đó và ra cảnh báo trên màn hình điều khiển (alarm/warning) vì môi trường bên ngoài là khí quyển (ATM), nếu cửa đột nhiên mở sẽ có 1 vụ nổ do sự chênh lệch áp suất giữa 2 môi trường, do đó để mở cửa bạn phải vent buồng đó về trạng thái ATM thì cửa sẽ có thể điều khiển mở được, đó là 1 phần interlock trong hệ thống, tính liên động này cực kỳ quan trọng và khá phức tạp mình sẽ nói sau.
- ceramic diffuser giúp khuếch tán N2 khi vent, nếu đột ngột bơm khí thẳng vào 1 buồng chân không thì có thể làm biến dạng các bộ phận khác bên trong buồng do sự hòa trộn không đều và theo 1 hướng của đường dẫn khí vào. Người ta chọn N2 là khí trơ làm khí vent, nó thường được hóa lỏng ở áp suất cáo chứa trong các bình kim loại và qua hệ thống valve áp suất để trả về trạng thái khí bơm và dẫn vô làm đầy trong 1 buồng chân không.
- Vent block gắn 2 bên thành của loadlock có các valve 1 chiều điều khiển bởi khí nén với nhiệm vụ là dẫn N2 qua hệ thống đường ống dẫn vô buồng, và phía cửa vào phía trong nó sẽ thông qua 1 diffuser như đã nói ở trên nhằm khuếch tán không khí. Các vent block này thường có 1 cặp fast vent và slow vent, để vent 1 buồng chân không thì người ta thường luôn dùng slow vent đến 1 áp suất nào đó sau đó sẽ dùng fast vent để chu trình êm ả hơn.
- Angle Valve là hệ thống valve góc nối giữa bơm chân không và buồng chamber nhằm làm nhiệm vụ biến môi trường không khí trong buồng thành dạng chân không, nó có 2 chế độ fast pump và slow pump. Khi bơm ta sẽ dùng slow pump trước, hút không khí ra đến 1 áp suất nhất định rồi tiếp tục dùng fast pump nhằm làm bơm chạy trơn tru hơn, nếu chạy thẳng fast pump bơm sẽ rồ lên rất hại động cơ, bơm dùng bơm chân không thường dùng Dry pump, bạn có thể tham khảo thêm về các loại bơm chân không trong một bài viết khác của mình, tùy theo loại chân không muốn đáp ứng, công suất và môi trường làm việc mà sẽ có một vài loại bơm thông dụng đang được dùng rất nhiều hiện nay trong các fab.
- Equal Valve là valve cân bằng giúp cân bằng hoàn toàn áp suất giữa buồng chamber sau khi vent bằng N2 và áp suất không khí bên ngoài khi Door valve được mở ra để việc đóng mở của cửa được nhẹ nhàng, êm ái do không có chênh áp
- Safety valve là một valve an toàn giúp tự động xả khí trong buồng khi áp suất vent N2 đạt quá ngưỡng quy định trong buồng, nó là valve 1 chiều, có 1 chiều duy nhất là xả ra ngoài.
Ở trên là một số phần chính nhất liên quan đến loadlock, còn nhiều bộ phận nhỏ khác nữa cấu thành nên một cơ cấu này.
2.2 TM chamber
Môi trường bên trong nó luôn luôn là trạng thái vacuum, để slot valve (cơ cấu cửa giúp giao thiệp giữa loadlock và TM chamber) mở thì buồng loadlock cần phải được bơm thành môi trường chân không mới mở được. Bên thành của TM chamber có các cửa có gắn PM slot valve là cửa để giao tiếp với các process module khác mà wafer cần được đưa đến để xử lý.
Bên trong chamber này có lắp 1 vacuum robot và tùy theo ứng dụng mà nó có số arm, góc quay, trục quay khác nhau, mình sẽ dẫn ở 1 số hình bên dưới.
Và cũng tương tự như loadlock đều cần các bộ phận như đã nêu ở trong phần loadlock như các ATM switch, pirani gauge, upc valve, vent valve, safety valve... Ngoài ra do là 1 buồng lớn nên nó có thêm 10torr và 1000torr baratron nhằm hiển thị áp suất ở các khoảng áp suất khác nhau, áp suất trên 10torr thì xem trên 1000torr baratron và khi áp suất nhỏ dần thì có thể xem trị số qua 10torr baratron, các bộ này đều có thể celebration được.
Ngoài ra xung quanh TM chamber và loadlock chamber còn trang bị các cảm biến WSI (wafer detect) và WSO (wafer slide out detect/ fiber sensor) nhằm phát hiện việc chạy qua lại các cửa của các wafer đặt trên tay robot nhằm giúp giám sát tiến trình chạy của máy, báo lỗi và liên động (interlock) trong quá trình chạy(khi robot đưa tay ra đón hoặc thả wafer từ loadlock hay các PM thì với bất cứ cách nào cửa cũng không được phép đóng sẽ phá hỏng wafer và tay robot)
Một cỗ máy Vacuum Transfer Module (Vacuum Cluster Tool) sau khi hoàn thiện trông khá gọn gàng nhưng toàn bộ bên trong nó là một hệ thống các phần rất phức tạp được thiết kế để lồng ghép, bố trí, liên kết hài hòa và logic với nhau bao gồm.
- Hệ thống điện là bộ não của cỗ máy giúp điều khiển, giám sát mọi cơ cấu bên trong cỗ máy như các door valve và các loadlock/PM slot valve (đóng mở, giám sát trạng thái, liên động) các gauge, các sensor, mạng giao tiếp ether-cat, pressure switch (flow switch), shut-off vale, leak sensor, robot...
- Hệ thống khí nén với các soleniod valve giúp đóng mở các valve: valve của vent block, valve của door valve, slot valve, valve của angle valve... bởi áp lực của khí nén.
- Hệ thống Utility gồm đường nước làm mát (PCW) bên trong lòng của thân chamber gồm cả loadlock và TM, hệ thống dẫn khí N2 lên các buồng nhằm xả các buồng đó từ trạng thái chân không về trạng thái khí quyển (vent), hệ thống đường ống bơm nối vào đáy của TM và loadlock chamber.
Hình ảnh một vài loại transfer robot hay dùng trong các thiết bị Vacuum Transfer Module (Vacuum Cluster Tool)
– High vacuum environment
– 200mm, 300mm wafer
– Dual arm (4 axis), Quad arm (6 axis)
– Z-stroke 50mm / 120mm
– Repeatability < 0.1mm (3σ)
– Servo motor, Absolute encoder
7 axis actuators and enables teaching to each of 4 arms.
Corresponds to the medium vacuum to 10-1Pa.
| Pressure range | to 10-1Pa | |
| Wafer size | 300mm | |
| Number of wafer | 4 | |
| Maximum distance* | 880mm | |
| Rotation | 360º Endless | |
| Z-axis stroke | 90mm | |
| Minimum rotation diameter * | 980mm | |
| Weight capacity (hand is included) | 1kg | |
| Speed | R | Max 1.5sec / full stroke |
| θ | Max 2.0sec / 180º | |
| Z | Max 1.5sec / 20mm | |
| Position Accuracy | R | ±0.2mm |
| θ | ±0.2mm | |
| Z | ±0.2mm | |
| Teaching pendant | Attached | |
| Controller | Separation type | |
Achieved a compact design by miniaturizing the actuator enables easy implementation to the equipment.
Offers variety of arms with various strokes, number of hands and turning radii.
Achieved excellent operability by adopting with the multi-function display teaching pendant.
| Pressure range | to 10-6Pa | |
| Wafer size | 200mm/300mm | |
| Number of wafer | 1 or 2 | |
| Maximum distance* | 1050mm | |
| Rotation | ±210º | |
| Z-axis stroke | 50mm | |
| Minimum rotation diameter * | 944mm | |
| Weight capacity (hand is included) | 1kg | |
| Speed | R | Max 2.5sec / full stroke |
| θ | Max 3.0sec / 180º | |
| Z | Max 1.5sec / 20mm | |
| position Accuracy | R | ±0.1mm |
| θ | ±0.2mm | |
| Z | ±0.2mm | |
| Teaching pendant | Attached | |
| Controller | Separation type | |
0 comments: