EFEM（设备前端模块）是半导体工厂中用作 Loader/Unloader的一种模块系统，可适用于不同晶圆尺寸的自动化模块，特别是在不同工艺工具之间的晶圆处理和运输中。它确保晶圆的平稳无污染传输，通常是在高度受控的清洁环境中。
EFEM 的结构基本组成：
1. 装载端口：装载端口是晶圆载体（FOUP、FOSB 等）停靠的地方。此模块是 EFEM 内晶圆的入口和出口。配备传感器以进行正确对准、晶圆映射以验证晶圆的存在和方向，以及机械臂以方便晶圆传输。
2. 晶圆处理机器人：负责将晶圆从装载端口移动到 EFEM 内的各个内部阶段或工艺模块。根据吞吐量需求包括单臂或双臂配置。高精度、低污染处理至关重要，具有闭环控制、真空夹具或边缘夹持等功能，以避免产生颗粒。
3. 对准器模块：对准晶圆，以确保其在移动到下一个处理阶段之前处于正确的位置和方向。使用视觉系统或传感器精确检测晶圆的中心和方向标记，例如凹口或平面。
4. 晶圆预对准器：对晶圆进行初始对准，以确保正确的方向。可能包括光学或机械系统，用于定位晶圆上的对准标记（凹口/平面）。
5. 环境控制系统：保持受控环境，以最大限度地减少颗粒污染、控制湿度和调节温度。包括 HEPA 或 ULPA 过滤器、用于控制静电的离子发生器和适用于洁净室的材料。
6. 控制系统（软件和传感器）：控制和监控所有模块功能，包括装载端口通信、晶圆处理、环境参数和安全联锁。与晶圆厂的制造执行系统 (MES) 通信，以进行晶圆跟踪、批次管理和处理命令。EFEM 控制软件必须控制一个或多个负载端口、对准器、缓冲模块、机器人等的组合.
图为:EFEM软件架构
EFEM 的主要技术总结：
1. 精密晶圆处理和机器人技术
夹持机制：机器人使用真空或边缘夹持器，最好使用边缘夹持器以减少与晶圆表面的接触。夹持机制必须经过微调以避免损坏晶圆，通常采用闭环反馈控制。
双臂设计：在高吞吐量应用中，双臂机器人可以同时处理多个晶圆，通过允许同时进行装载和卸载任务来提高效率。
防撞：碰撞检测传感器和运动控制算法可防止模块内发生碰撞。机器人配备传感器和反馈系统，即使在高速下也能保持安全操作。
2. 环境控制和污染预防
颗粒和污染控制：在 EFEM 内保持 1 级洁净室环境至关重要。这是通过提供层流的 HEPA 或 ULPA 过滤器实现的，可使颗粒远离晶圆。
静电控制：离子发生器经过精心布置，可防止静电放电 (ESD)，静电放电会损坏晶圆或吸引颗粒。
温度和湿度调节：保持一致的温度和湿度，以避免晶圆变形或翘曲，这会影响加工精度。
洁净室兼容材料：EFEM 组件（尤其是与晶圆直接接触的组件）使用的材料不会在紫外线照射下排气、脱落颗粒或降解。
3. 晶圆对准机制
光学预对准系统：晶圆对准器使用光学传感器或摄像头来检测晶圆的方向，识别凹口或平面。此步骤对于加工前晶圆的精确对准至关重要。
高精度旋转台：对准器通常配备精密旋转台，用于精细调整，确保晶圆根据对准标记准确定位。定位精度至关重要，可以达到微米级。
自动晶圆定心：此功能允许 EFEM 自动定位晶圆的中心，并在将其交给工艺工具之前正确定位。
4. 装载端口设计和接口
与 FOUP 的兼容性：装载端口与前开式统一吊舱 (FOUP) 或其他晶圆载体兼容。它具有自动门和闩锁机制，可顺利装载和卸载。
晶圆映射和验证：装载端口内的传感器或映射系统检查晶圆是否存在并确保它们正确对齐。任何缺失或未对齐的晶圆都会触发警报，从而最大限度地降低工艺错误的风险。
安全联锁：装载端口配备安全联锁，可防止机器人移动期间门操作，确保安全操作。
5. 晶圆检测和识别系统
光学检测模块：一些 EFEM 结合了光学检测系统，用于检查晶圆上的表面缺陷或污染。检测结果被输入到 MES 中，MES 可在必要时标记晶圆以进行进一步检测。
晶圆 ID 读取器：集成的晶圆 ID 读取器通常使用激光或光学扫描仪读取条形码或 OCR，识别每个晶圆。此 ID 验证可确保处理正确的晶圆。
6. 精密运动控制和位置反馈
高分辨率编码器：EFEM 中的机器人和对准器使用提供高分辨率反馈的编码器，确保晶圆的精确定位和运动控制。
闭环控制系统：带位置反馈的闭环控制可在晶圆处理过程中进行微调，实时纠正任何偏差。
先进的运动算法：EFEM 控制软件通常采用复杂的算法来最大限度地缩短运动时间，而不会牺牲精度，这对于高产量晶圆厂来说至关重要。
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