从源头阻断污染与误差，全流程守护晶圆生产可靠性
半导体生产中的测试与校准过程会占用大量资源。Fabmatics 研发了测试晶圆中心（TWC）以降低相关复杂性并提升效率。TWC 是一款洁净室系统，可自动完成测试晶圆的识别、分拣和存储，从机器人控制到 IT 集成，所有任务都整合在同一个端到端平台上，由倍福 CX 系列嵌入式控制器统一控制。设备运营商可受益于更短的设置时间、无缝可追溯性以及显著提升的整体设备效率。
全球半导体行业对微芯片的需求持续高涨。为保障半导体制造的高品质与高良率，生产设施必须执行严苛的校准与监测流程，“测试晶圆”正是用于这类场景，它会流经各个工位，完成指定参数的校验。只有在测试与校准全部完成后，常规生产晶圆才能进入工序加工。在现代半导体晶圆厂的流转晶圆总量中，测试晶圆的占比最高可达 50%，对应的物流与管理工作复杂度极高。自动化领域专业厂商 Fabmatics 正是瞄准这一痛点切入，该企业拥有数十年洁净室自动化领域的技术积淀，面向全球供应可自动完成晶圆盒识别、运输、搬运与存储的系统。全新推出的 TWC 是内部物流中测试晶圆的核心枢纽，它可自动完成晶圆盒内测试晶圆的配套备料、中间暂存与重新分拣，保障测试晶圆能准时送达各工艺工位。
通过自动化管控降低生产风险
半导体生产环节涉及的资产价值极高。 “一个装满晶圆的晶圆盒的价值，很快就会超过输送它的移动机器人的采购成本。”Fabmatics 公司产品开发组负责人 Carsten Grunert 直接点明，“这也是工厂内的过程可靠性具有最高优先级的核心原因。”不少晶圆厂此前都采用人工或零散难集成的子系统来调度测试晶圆。“洁净室内人工干预越少，误差来源和污染风险就越低。”Fabmatics 负责 PLC 开发的 Michael Neumann 继续说道，“最终通过集成式自动化方案，还能直接提升合格芯片的产出良率。”不当操作、污染或简单的分配失误造成的晶圆损伤，很容易引发高额经济损失，还会大幅拖慢生产进度。时间在半导体生产中是极其关键的要素，尤其是在定期维护周期结束后，工艺设备必须依靠测试晶圆快速完成重新验证。
复杂搬运场景的集中控制
为实现全流程自动化，Fabmatics 面向 200 mm 半导体晶圆厂打造的 TWC 是一套集成式系统，结构紧凑，整机尺寸仅为约 2.8 x 2 米。该系统最多可配置 93 个存储仓位（总计可容纳 2325 片晶圆），同时设置 14 个晶圆盒物料搬运工位。其机电核心由两台机器人组成：一台负责晶圆盒搬运的六轴机器人，以及一台完成晶圆精密转运的 SCARA 机器人。在自动化控制层面，Fabmatics 完全采用倍福基于 PC 的控制解决方案。以无风扇 CX2043 嵌入式控制器作为中央控制器，将全部控制逻辑、通信，以及驱动技术、机器视觉、机器人技术，全部整合在一台紧凑型硬件平台上。外围设备的物理集成通过 EtherCAT 耦合器 EK1100 和各个 EL 系列 EtherCAT 端子模块以分布式方式实现，EtherCAT 星型拓扑扩展模块确保了结构清晰、安全的网络拓扑结构。该通信协议的硬实时特性，可实现机器人与下游工序的高动态同步。TWC 还集成了用于晶圆盒唯一身份识别的 RFID 阅读器，以及用于机器人精准定位的视觉系统。
IT 融合与软件工程
对 Fabmatics 而言，倍福架构的核心优势之一，就是实现了 TwinCAT 3 自动化软件的深度集成。它将这台嵌入式控制器转化为一台多任务实时控制器，将配置、PLC 编程与诊断功能全部整合在统一平台内。Fabmatics 无需对接多个独立分散的系统，可在这套标准化开发环境中完成全部自动化逻辑的编程工作，既消除了不同系统对接的接口损耗，也简化了整厂设备的设计流程。同时 Fabmatics 认为，接入各类现代化 IT 工具箱是必不可少的核心配置。“为适配现代编程需求，当下代码必须支持版本控制。”Michael Neumann 强调道，“通过集成 Git 这类工具，TwinCAT 搭建起了可跨团队并行开发控制项目的统一平台。”除此之外，这套方案还能实现源代码可追溯，提高功能块的复用性，从整体上提升开发效率。在功能安全层面，Fabmatics 也完成了无缝集成。TWC 采用 TwinSAFE 端子模块，搭配 Safety over EtherCAT（FSoE），直接通过标准工业网络传输所有安全相关信号。“此前相互独立的自动化控制与安全技术体系正在深度融合，既省去了易引发故障的单芯硬接线环节，又缩减了控制柜内部的占用空间，最终实现了综合成本的降低。”Carsten Grunert 说道。
携手应对新挑战
这套自动化测试晶圆中心的落地，正在为半导体制造企业创造直接的经济增值。测试晶圆批次可按配置要求准时送达，完全省去人工查找与分拣的耗时。设备维护完成后，所需的校准晶圆可无延迟地送至工位，既缩短了停机时间，也稳定了晶圆厂的产出节奏。同时，全自动化搬运将失误率降至最低，每片晶圆的无缝追溯也彻底杜绝了混料问题。
从这个维度来看，TWC 清晰展现了基于 PC 的控制技术既能满足半导体行业的严苛要求，也能持续释放流程优化的潜力。Fabmatics 与倍福之间的合作也在不断深化。“除了常规控制技术，我们在新场景中也正逐步集成更多倍福的驱动产品，包括 AX8000 系列高动态伺服驱动器、ELM72xx 系列 EtherCAT 紧凑型伺服电机端子模块，以及配套的伺服电机。”Fabmatics 正着眼于未来，布局 AI 辅助代码生成、数字孪生应用以及先进的安全方案等技术。“倍福是我们的首选自动化供应商，面对未来的各类技术挑战，我们必然会持续选用这套不断迭代的基于 PC 的模块化控制系统。”Carsten Grunert 总结道。
