Автоматизацията е дълбоко внедрена в производството на полупроводници и малко автоматизирани задачи изискват по-голяма последователност от обработката на пластини. Роботите преместват крехки пластини между товарни портове, технологично оборудване, инспекционни станции и други модули през целия производствен цикъл, като често повтарят едни и същи движения хиляди пъти при строго контролирани условия.

Когато роботът за обработка на пластини започне да генерира повтарящи се повреди, въздействието рядко остава ограничено до самия робот. Прекъснатите прехвърляния могат да забавят технологичните етапи, да нарушат производственото планиране и да оставят скъпото оборудване в изчакване на материал. Затова истинското предизвикателство пред екипите по поддръжката не е да изчистят последната аларма, а да установят защо същата повреда продължава да се появява.

Фигура 1. Обработката на пластини е една от най-чувствителните към прецизността роботизирани операции в производството на полупроводници.

Защо повтарящите се повреди на роботите са толкова важни във фабрика за полупроводници

Производството на полупроводници зависи от предвидимо движение между тясно координирани технологични етапи. Роботът за прехвърляне на пластини може да представлява само един компонент в много по-голяма инсталация, но повтарящ се проблем в тази точка може да прекъсне потока на материал през няколко свързани операции.

Непосредствените последици се виждат лесно: по-ниска производителност, забавена обработка на пластините, повече труд за поддръжка и нарушаване на производствения график. По-малко очевидната последица е нестабилността. Робот, който подава грешка само от време на време, може да бъде по-труден за диагностициране от робот, който отказва напълно, тъй като техниците могат многократно да нулират системата и да я върнат в производство, без да съберат достатъчно доказателства за установяване на основното състояние.

Именно затова подобряването на времето на безотказна работа трябва да се съсредоточи върху повтарящите се модели, а не върху отделните инциденти. Въпросът не е просто „Каква аларма се появи?“, а „Какво се промени непосредствено преди тази аларма и появява ли се същата последователност всеки път?“

Започнете, като отнесете повредата към правилната подсистема

Повечето повтарящи се проблеми при обработката на пластини могат да се проследят до по-малък брой области: механично износване, проблеми със сензорите или подравняването, работата на вакуумната система и крайния изпълнителен механизъм или грешки в комуникацията и последователността. На хартия тези категории са ясни, но на практика често се припокриват в симптомите, представяни на оператора.

Аларма за позициониране например не доказва автоматично, че двигател, ремък или направляваща са повредени. Неправилна обратна връзка от сензора може да попречи на контролера да потвърди завършено движение, докато повреда във вакуумната система може да спре същата трансферна последователност почти в същата точка. Ето защо ефективното отстраняване на неизправности започва с отделяне на видимия симптом от подсистемата, която действително го е предизвикала.

Това разграничение е особено важно при полупроводниковото оборудване, тъй като ненужните настройки могат да създадат нови проблеми. Повторното подравняване на механично изправен робот заради неправилен сигнал от сензор може да влоши повторяемостта, вместо да я подобри.

Механичното износване обикновено се проявява постепенно

Роботизираните съединения, лагерите, ремъците, линейните водачи и съединителите работят през огромен брой повтарящи се цикли. С износването на тези компоненти първите признаци често са незначителни: леко по-грубо движение, увеличени вибрации, малки отклонения при позициониране или повреди, които възникват само при определени условия на движение.

Тези симптоми може да не спрат производството веднага. Вместо това роботът може да работи нормално в продължение на стотици цикли, преди отново да генерира аларма, свързана с позицията. Именно това периодично поведение показва защо историята на повредите е важна. Ако една и съща ос, посока на движение или трансферна позиция многократно се появява в регистрационните файлове, механичната проверка може да бъде много по-целенасочена.

Техниците трябва да обръщат особено внимание на компонентите, изложени на непрекъснато движение, както и на всички признаци за увеличен луфт, непостоянно съпротивление или необичайни вибрации. Целта не е просто да се открие износен компонент, а да се определи дали това износване може да обясни конкретния модел на повреда, наблюдаван по време на производството.

Повреда на сензор може да изглежда като повреда в движението

Роботите за манипулиране на пластини разчитат на сензори, за да потвърдят наличието и позицията на пластината, състоянието на слота и успешното приключване на отделните стъпки от трансфера. Роботът може да се движи правилно от механична гледна точка, но въпреки това да отчете грешка, защото системата за управление никога не получава необходимата обратна връзка, за да продължи последователността.

Замърсяването е особено важен проблем в среда за прецизно манипулиране. Сензор, който се замърси или леко се разцентрова, може да започне да създава периодични проблеми с откриването, вместо да откаже напълно. Затова сензорите за откриване на пластини, устройствата за картографиране на слотове и камерите за подравняване трябва да се проверяват винаги, когато последователността на повредата зависи от тяхната обратна връзка.

Почистването и повторното калибриране могат да разрешат някои случаи, докато повреденият или нестабилен хардуер може да изисква подмяна. Важното е да се провери самата обратна връзка, вместо да се приема, че всяка аларма, свързана с трансфера, произхожда от механиката на робота.

Проблемите с вакуума често се проявяват при захващане или поставяне

При системи, използващи вакуумно захващане на пластини, крайният ефектор трябва да създава и поддържа достатъчна сила на задържане по време на целия трансфер. Слабото вакуумно налягане, замърсяването в тръбопроводите, течащите фитинги или влошаването на повърхността на крайния ефектор могат да причинят периодични откази при захващане и поставяне.

Етапът, на който се появява неизправността, може да предостави полезна диагностична информация. Проблем, който постоянно възниква по време на захващане на пластината, трябва да насочи техниците първо към генерирането на вакуум, измерването на налягането, тръбопроводите и състоянието на крайния изпълнителен механизъм, преди да започнат да изследват несвързани оси или комуникационен хардуер.

Показанията за вакуума също трябва да се разглеждат динамично, а не само като статични стойности. Системата може в крайна сметка да достигне необходимото налягане, но да се нуждае от повече време от очакваното, което да доведе до изтичане на времето за управление, преди да пристигне потвърждението. В този случай симптомът е грешка при прехвърлянето, докато основният проблем е влошена пневматична или вакуумна ефективност.

Комуникационните грешки могат да спрат механично изправен робот

Роботите за обработка на пластини работят като част от интегрирана среда за автоматизация. Те обменят команди и информация за състоянието с контролери на оборудването, портове за зареждане, технологични установки и производствени системи от по-високо ниво. Ако очаквано съобщение или разрешаващ сигнал не пристигне, роботът може да спре, дори когато двигателите, сензорите и механиката му функционират правилно.

Поради това комуникационните неизправности трябва да се разграничат от неизправностите при физическото движение още в началото на процеса по отстраняване на неизправности. Инженерите трябва да знаят дали роботът е опитал движението и не е успял, или изобщо не е получил условията, необходими за започването му.

И тук моментът на възникване е важен. Прехвърляне, което спира непосредствено след команда, може да показва нещо различно от последователност, която завършва механично, но никога не получава потвърждение от съседното оборудване. При по-големи архитектури за автоматизация прегледът на състоянието на свързаните компоненти за индустриална комуникация и мрежи може да помогне да се определи дали прекъсването възниква вътре или извън контролера на робота.

Дневниците на грешките са най-ценни, когато се четат като последователност

Съвременните системи за обработка на пластини могат да генерират подробни диагностични записи, включително неизправности на осите, вакуумни аларми, грешки на сензорите и комуникационни събития. Преглеждането само на последната аларма обаче може да бъде подвеждащо, тъй като един първоначален проблем може да предизвика няколко вторични неизправности за кратък период.

По-полезният подход е да се възстанови последователността. Кое събитие се случи първо? Същата ос ли отчете грешка преди алармата за вакуума? Липсваше ли сигналът за наличие на пластина, преди роботът да спре? Възникна ли неизправността само на един порт за зареждане или при няколко крайни точки?

Повтарящите се модели често стесняват разследването много по-ефективно от формулировката на едно съобщение за грешка. Затова екипите по поддръжката трябва, когато е възможно, да съхраняват времевите отметки, работните условия и предишните коригиращи действия, вместо многократно да нулират робота, без да документират какво се е случило.

Фигура 2. Структурираното отстраняване на неизправности свързва повтарящите се повреди при работа с пластини с подсистемата, която действително е причинила прекъсването.

Проверката трябва да следва доказателствата

След като последователността на повредата бъде разбрана, физическата проверка става по-ефективна. Ако дневниците многократно насочват към една ос, техниците могат да се съсредоточат върху нейните шарнири, направляващи, ремъци, съединители и обратната връзка за позицията. Ако грешката постоянно възниква при захващане на пластината, вакуумната система и крайният изпълнител заслужават приоритет.

Това звучи очевидно, но замяната на части чрез проба и грешка остава скъпа при силно интегрирано автоматизирано оборудване. Едновременната замяна на няколко компонента също унищожава диагностичната информация, защото екипите по поддръжката вече не знаят кое действие действително е отстранило повредата.

Дисциплинираният процес за отстраняване на неизправности променя само една променлива наведнъж, когато това е практично, записва резултата и след това наблюдава дали първоначалната повреда се появява отново при същите работни условия.

Профилактичната поддръжка всъщност е насочена към запазване на повтаряемостта

Роботите за работа с пластини не се нуждаят от профилактична поддръжка само защото съдържат движещи се части. Те се нуждаят от нея, защото работата с полупроводникови пластини зависи от изключително повтаряемо движение и отчитане. Малки количества механично износване, замърсяване или отклонение в подравняването могат да повлияят на надеждността много преди даден компонент да достигне пълна повреда.

Разумната програма за поддръжка може да включва смазване на определени движещи се компоненти, проверка на ремъци и направляващи, почистване и калибриране на сензори, проверка на вакуумната система и проверки на подравняването на робота. Актуализациите на фърмуера или софтуера също могат да бъдат част от стратегията за поддръжка, когато са предоставени и препоръчани от производителя на оборудването.

Интервалите не бива да се копират механично между различни системи. Работните часове, броят на циклите, условията на околната среда и препоръките на производителя на оригиналното оборудване трябва да влияят върху честотата на изпълнение на конкретната задача. Робот, който работи непрекъснато, може да изисква различна стратегия за поддръжка от оборудване, използвано само периодично.

Отстраняването на неизправности в EFEM изисква по-широк поглед

Много роботи за работа с пластини функционират в рамките на преден модул на оборудването, или EFEM. В тази среда роботът е само един елемент от последователност, която може да включва товарни портове, картографиране на пластини, механизми на врати, оборудване за подравняване и комуникация с технологичното оборудване.

Тази по-широка архитектура променя логиката за отстраняване на неизправности. Роботът може да спре, защото товарният порт не е правилно подравнен, сензорът за картографиране е отчел неочаквано състояние, механизмът на вратата не е завършил последователността си или технологичното оборудване не е подало необходимия сигнал за установяване на връзка. Затова многократното обвиняване на робота само защото той видимо е спрял може да насочи техниците в погрешна посока.

Фигура 3. Системите EFEM съчетават няколко функции за обработка и интерфейс, затова повтарящите се неизправности често изискват диагностика на ниво система.

Инженерите трябва да изследват пълната последователност на трансфера и да определят кое устройство управлява всяка стъпка. Това улеснява установяването дали роботът не е изпълнил валидна команда, или друга част от EFEM е попречила на последователността да продължи.

Данните за производителността могат да покажат влошаване преди сериозна неизправност

Дневниците на неизправностите описват събития, които вече са преминали определен праг, докато данните за производителността могат да разкрият влошаването по-рано. Средното време между отказите, честотата на неизправностите, времето на трансферния цикъл и точността на позициониране по осите могат да предоставят полезни индикации за променящото се поведение на системата.

Вземете предвид времето на цикъла. Ако един трансферен път постепенно започне да отнема повече време, въпреки че не е възникнала официална неизправност, тази промяна може да оправдае проверка, преди роботът в крайна сметка да спре. По същия начин намаляването на MTBF показва, че нулиранията и ремонтите не водят до стабилен дългосрочен резултат.

Точността на позициониране може да бъде още по-информативна, когато оборудването предоставя подходящи диагностични данни. Бавното увеличаване на корекцията или отклонението при позициониране може да разкрие механично или калибрационно отклонение, преди операторите да започнат да виждат чести аларми.

Системите за визуализация могат да помогнат на екипите по поддръжката да сравняват тези тенденции с реалната история на неизправностите. Съвременните платформи за HMI и индустриални изчисления са особено полезни, когато показват повтарящите се събития с роботите заедно с данните за циклите и работата, вместо да визуализират алармите изолирано.

Стандартизираното отстраняване на неизправности предотвратява изчезването на знанията

Повтарящите се проблеми с оборудването се решават по-трудно, когато всеки техник подхожда към тях по различен начин. Една смяна може да почисти сензор, друга да регулира подравняването, а трета да нулира параметрите, без някой да поддържа последователен запис на състоянието на неизправността и коригиращото действие.

Стандартизираните процедури осигуряват последователност. Екипът може да документира последователността на алармите, засегнатото местоположение, съответните измервания и извършеното действие по поддръжката, след което да сравни следващата поява с предишната. С течение на времето това създава практична история на неизправностите за конкретната машина, вместо да се разчита само на общата сервизна документация.

Обучението е важно по същата причина. Техниците, които разбират кои симптоми обикновено съответстват на механични, вакуумни, сензорни или комуникационни проблеми, могат да започнат с най-подходящите проверки, вместо всеки път да започват от нулата.

Наличието на резервни части е част от инженерната дейност по осигуряване на надеждността

Правилната диагностика не допринася особено за безпроблемната работа, ако необходимият компонент не може да бъде заменен. Затова производителите на полупроводници трябва да разглеждат стратегията за резервни части наред с превантивната поддръжка и отстраняването на неизправности.

Критичността трябва да насочва решенията за поддържане на складови наличности. Компонентите с история на повреди, дълги срокове за доставка или способност да спрат цял EFEM заслужават различен подход в сравнение с евтините части, които могат да бъдат набавени бързо.

Този въпрос става по-значим с остаряването на оборудването. По-старите роботизирани платформи могат да останат механично годни за работа в продължение на много години, докато отделни сензори, контролери, задвижвания или компоненти на собствения интерфейс станат трудни за набавяне. Ранното наблюдение на остаряването позволява на екипите по поддръжката да планират, вместо да реагират на повреда, след като производството вече е спряло.

Ремонтите трябва да бъдат доказани чрез първоначалната последователност на повредата

След ремонт успешното преместване на робота чрез ръчно управление само по себе си не доказва, че първоначалният проблем е отстранен. Оборудването трябва да бъде тествано чрез същата интегрирана последователност, при която е възникнала повредата, включително отчитане на сензорите, потвърждаване на вакуума и комуникация с периферното оборудване.

Ако повредата е възникнала само при един товарен порт, на този път трябва да се обърне особено внимание. Ако се е появила едва след няколко часа работа, кратък тестов цикъл може да не е достатъчен, за да докаже стабилността. Валидирането трябва да съответства възможно най-точно на характеристиките на първоначалния проблем.

Тази последна стъпка е важна, защото периодичните повреди могат временно да изчезнат след поддръжка, дори когато първопричината остава. Работоспособността се подобрява едва когато самият повтарящ се модел бъде отстранен.

По-добрата работоспособност идва от по-доброто разбиране на повредите

Надеждността на робота за обработка на пластини не се подобрява просто чрез по-бързо нулиране на алармите. Механичното износване, замърсяването на сензорите, нестабилността на вакуума и комуникационните неизправности могат да причинят повтарящи се прекъсвания на трансфера, а видимата аларма на робота често е само крайният резултат от по-дълга последователност от повреди.

Най-ефективният процес за отстраняване на неизправности съчетава анализ на историята на повредите с целенасочена инспекция, профилактична поддръжка и системно разбиране на EFEM. Тогава показатели като MTBF, време на цикъла, честота на повредите и точност на позициониране могат да покажат дали коригиращите действия действително подобряват поведението на системата в дългосрочен план.

Във фабрика за полупроводници надеждното преместване на пластините подпомага производителността на всяка свързана с него технологична стъпка. Затова работоспособността на робота е нещо повече от показател за поддръжка: тя е част от цялостната стабилност на производството. Най-добрите резултати се постигат, когато инженерите престанат да разглеждат всяка повреда като отделен инцидент и започнат да възприемат повтарящите се повреди като доказателство за основен модел, който може да бъде измерен, изолиран и коригиран.