01、什么是sorter
其实sorter 就是分选机，大家日常生活买的土豆，苹果，会用到这个，
大家日常用的硬币，游戏币，都是用sorter来进行挑选的，否则人工数硬币又累又苦逼，钱再对不上号，那就头大了；
那么晶圆分选机（Sorter），它是半导体制造行业中的关键设备，主要用于晶圆的搬运、中转和分选。这种设备确保了生产流程的连续性和高效性，对于保障晶圆厂物料流转需求至关重要
在技术规格方面，晶圆分选机的产能可以从每小时几十片到几千片不等，具体取决于设备的型号和配置。例如，有的系统可以达到每小时300片的产率9，而另一些系统则可能达到每小时600片5。
02、Sorter的原理与作用
在具体使用中，Sorter可以实现晶圆的上下线、制程前分批、制程后合并、制程间倒片的卡控以及产品出厂校验、排序、料盒交换等功能。通过Load port、机械臂与预对准器相配合实现对不同型号的晶圆进行分选作业，在保证高洁净度的情况下提升半导体制造工序的自动化程度。
核心部件介绍
- Load port：load port是安装在sorter前端的接口模块，是晶圆进出设备的通道，可与晶圆厂物料传输系统（AMHS）集成实现全自动化。
- Robot（机械臂）：robot是晶圆分选机中的关键部件，用于抓取和搬运晶圆。robot可以在设备内部进行自由移动，并准确地将晶圆从一个位置转移到另一个位置。
- End effector（晶圆抓手）：晶圆抓手是机械臂的末端工具，用于夹持和固定晶圆。它通常采用真空或夹持等形式，以确保晶圆在移动过程中的稳定性和安全性。
- Aligner（预对准器）：使用LED照明和图像识别传感器，精确检测晶圆边缘，识别Notch槽和晶圆中心，以校准不同材质晶圆的位置，确保在后续工序中位置摆放准确。
- 控制系统：晶圆分选机的控制系统是整个设备的大脑，负责协调和控制各个部件的运行。它可以通过预设的程序和算法，实现晶圆的自动分选和分类，同时监控设备的运行状态和故障诊断。
Sorter是比较简单的设备，以12寸的sorter为例，主要由以下部分组成
1. load port：主要功能是读取FOUP 的RFID，load和unload FOUP，以及slot 扫描
2. aligner:寻找notch口，给wafer定位用
3. 读码相机：读取wafer ID用
4. Robot：wafer传片用
5. FFU和离子棒：降尘去颗粒
6.通讯部分：一部分用于EAP控制，一部分E84用来和天车对接
Sorter的作用
1. **晶圆处理**：晶圆Sorter用于半导体制造行业，确保在晶圆的下线、制程前分批、制程后合并以及制程间倒片的过程中满足洁净室的要求。这些过程对于防止晶圆污染和保持产品质量至关重要。
2. **功能组合**：根据不同的工艺需求，晶圆Sorter可以组合多种功能，如FOUP/FOSB ID的读写和开关盒操作、传片、读取Wafer ID、对齐Notch口、翻片等。
3. **自动化与无人化**：晶圆Sorter通过与自动化设备（如FA）和运输系统（如天车或自动导引车AGV）的集成，实现自动化和无人化的晶圆处理流程。
4. **晶圆存储**：晶圆Sorter还可以嵌入到Stocker内，实现晶圆的分类存储，从而优化晶圆的管理和存取效率。
Sorter的工作原理是什么？
半导体晶圆Sorter（也称为晶圆倒片机）的工作原理涉及多个步骤，旨在确保半导体晶圆在制造过程中的精确处理和移动。以下是晶圆Sorter的主要工作机制和步骤：
## 1. 晶圆识别与处理
晶圆Sorter首先通过内置的识别系统（如条形码扫描器、RFID读取器或机器视觉系统）识别每个晶圆。这些识别系统能够读取晶圆上的唯一标识符，如晶圆ID和Notch口位置，以便于后续的处理和追踪。
## 2. 洁净室环境
晶圆Sorter在严格控制的洁净室环境中操作，以防止晶圆受到尘埃或其他污染物的污染。这一点对于保持晶圆的质量和可靠性至关重要，因为即使是微小的颗粒也可能导致电路故障。
## 3. 机械操作
晶圆Sorter利用精密的机械臂或其他自动化机械装置来处理晶圆。这些机械装置能够执行多种操作，如翻转晶圆、对齐Notch口、将晶圆从一个容器转移到另一个容器等。
## 4. 自动化传输
晶圆Sorter通常与自动化传输系统（如天车或自动导引车AGV）集成，以实现晶圆在不同加工站点之间的自动运输。这种集成确保了晶圆在整个制造过程中的无缝移动，减少了人工干预和潜在的错误。
## 5. 存储与分类
晶圆Sorter还可以与Stocker（晶圆存储系统）集成，实现晶圆的分类存储。这使得晶圆可以根据不同的工艺需求和优先级被快速检索和取出，优化了晶圆的管理和存取效率。
## 6. 数据管理
晶圆Sorter通过与生产管理系统的集成，实时记录和更新晶圆的状态和位置信息。这种数据管理能力对于追踪晶圆的生产进度、质量控制和后续的数据分析至关重要。
## 7. 反馈与优化
晶圆Sorter收集的操作数据可以用于反馈和优化生产流程。通过分析这些数据，制造商可以识别生产中的瓶颈、提高效率并减少浪费。
晶圆Sorter的这些工作原理共同确保了半导体晶圆在制造过程中的精确、高效和安全处理，是实现高质量半导体生产的关键设备。随着半导体技术的不断进步，晶圆Sorter也在不断地进行技术创新和升级，以满足日益增长的市场需求和更高的制造标准。
03、晶圆Sorter在不同半导体制程中的作用有何不同？
晶圆Sorter自动化传输系统在半导体制造的不同制程中扮演着多样化的角色，其作用根据制程的特定需求而有所差异。以下是晶圆Sorter在不同半导体制程中的作用概述：
1. 晶圆制造前的准备阶段
在晶圆制造前的准备阶段，晶圆Sorter自动化传输系统主要负责晶圆的装载和卸载工作。这一阶段，晶圆需要从存储容器（如FOUP或FOSB）中取出，并转移到清洗或预处理设备中。自动化传输系统确保晶圆在转移过程中的洁净度和安全性，防止污染和损伤。
2. 光刻过程
在光刻过程中，晶圆Sorter自动化传输系统负责将晶圆精确地转移到光刻机中。光刻是半导体制造中的关键步骤，需要极高的精度和对环境的严格控制。自动化传输系统确保晶圆在转移过程中的对准和定位精度，以满足光刻工艺的严格要求。
3. 刻蚀和离子注入过程
在刻蚀和离子注入过程中，晶圆Sorter自动化传输系统将晶圆从一个加工站转移到下一个加工站。这些过程对晶圆的物理和化学特性进行修改，因此自动化传输系统需要确保晶圆在转移过程中不受污染，同时保持晶圆的精确定位。
4. 化学机械研磨（CMP）过程
CMP过程中，晶圆Sorter自动化传输系统负责将晶圆转移到CMP设备中，并在研磨前后进行清洗。CMP用于平整晶圆表面，以准备下一层的制造。自动化传输系统在此过程中确保晶圆的高效流转和清洁度。
5. 清洗过程
在清洗过程中，晶圆Sorter自动化传输系统将晶圆转移到清洗设备中，去除制造过程中产生的残留物。清洗是半导体制造中频繁进行的步骤，自动化传输系统在此过程中提高了清洗效率和减少了人为错误。
6. 检测和测试过程
在检测和测试过程中，晶圆Sorter自动化传输系统将晶圆转移到各种检测设备中，如扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等。这些设备用于检测晶圆上的微小缺陷和性能参数。自动化传输系统在此过程中确保晶圆的安全转移和精确对准。
7. 封装过程
封装过程中，晶圆Sorter自动化传输系统负责将晶圆转移到封装设备中，进行芯片的封装工作。封装是保护芯片免受物理损伤和环境影响的重要步骤。自动化传输系统在此过程中确保晶圆的稳定转移和正确定位。
8. 后道处理
在后道处理中，晶圆Sorter自动化传输系统将晶圆转移到最终的测试和质量控制设备中。这一步骤是确保芯片性能符合规格要求的关键环节。自动化传输系统在此过程中提高了生产效率和减少了潜在的污染风险。
04、晶圆Sorter如何与生产线其他设备协同工作
晶圆Sorter的自动化传输系统是半导体制造过程中的关键组成部分，它与生产线上的其他设备协同工作，确保晶圆在整个制造过程中的精确、高效和安全处理。以下是晶圆Sorter自动化传输系统与生产线其他设备协同工作的方式：
## 1. 集成与通信
自动化传输系统通过工业通信协议（如SEMI标准、Ethernet等）与生产线上的其他设备（如光刻机、刻蚀机、清洗机、检测设备等）进行集成和通信。这种集成确保了设备间的信息共享和指令传递，从而实现协同作业。
## 2. 调度与控制
晶圆Sorter通常与工厂的中央控制系统或MES（制造执行系统）相连，该系统负责调度和控制整个生产线的运行。晶圆Sorter接收来自MES的任务指令，并根据生产计划和优先级安排晶圆的传输和处理。
## 3. 自动化搬运
自动化传输系统利用机械臂、传送带或真空吸盘等技术，自动将晶圆从一个地方移动到另一个地方，例如从晶圆库存（Stocker）到加工设备，或从一个加工站传输到另一个加工站。
## 4. 洁净室环境
为了保持晶圆的洁净度，自动化传输系统通常在洁净室内运行，确保晶圆在传输过程中不受污染。此外，传输系统还可能配备有局部洁净环境，如HEPA过滤罩，以进一步保护晶圆。
## 5. 错误检测与纠正
自动化传输系统具备错误检测和纠正功能，能够识别并纠正传输过程中可能出现的问题，如晶圆定位错误、传输失败等。这些系统能够自动调整或通知操作人员进行干预。
## 6. 实时监控与反馈
晶圆Sorter的传输系统配备有传感器和监控设备，实时监控晶圆的状态和位置。这些信息被反馈给中央控制系统，用于优化生产流程和提高生产效率。
## 7. 与辅助设备的协同
自动化传输系统还与辅助设备（如气氛控制、温度调节、湿度控制等）协同工作，确保晶圆在适宜的环境中传输和处理，以满足半导体制造的严格要求。
通过上述方式，晶圆Sorter的自动化传输系统与生产线上的其他设备紧密协同，确保了半导体制造过程中晶圆的高效、准确和安全传输，从而提高了整体生产效率和产品质量。随着半导体技术的不断进步，这些系统也在不断地进行技术创新和升级，以满足日益增长的市场需求和更高的制造标准。
06、晶圆Sorter在先进制程节点如7nm或5nm中面临哪些技术挑战？
晶圆Sorter自动化传输系统在先进制程节点，如7nm或5nm中，面临一系列技术挑战，这些挑战主要源于制程技术的进步对设备精度、洁净度、效率和可靠性提出的更高要求。以下是一些主要的技术挑战：
## 1. 精度和对准要求
随着制程节点的缩小，晶圆上的电路特征尺寸变得越来越小，这对晶圆Sorter的精度和对准能力提出了更高的要求。在7nm或5nm制程中，任何微小的误差都可能导致电路功能的失效，因此自动化传输系统必须能够实现极高的精确度和重复性。
## 2. 洁净室环境控制
先进制程对洁净室环境的控制要求更为严格。晶圆Sorter系统必须在严格控制的洁净室环境中操作，以防止微小颗粒污染晶圆。这要求传输系统具备高效的过滤和环境监控功能，确保晶圆在整个传输过程中保持洁净。
## 3. 处理速度和效率
随着制程技术的发展，生产效率的要求也在不断提高。晶圆Sorter系统需要在保证精度的同时，提高处理速度和吞吐量，以满足大规模生产的需求。这可能涉及到机械臂速度的提升、传输路径的优化和自动化算法的改进。
## 4. 兼容性和灵活性
先进制程节点的晶圆可能采用多种不同的材料和设计，这就要求晶圆Sorter系统具备良好的兼容性和灵活性，能够适应不同类型的晶圆和生产需求。系统需要能够快速调整以适应不同的晶圆尺寸、形状和材料特性。
## 5. 可靠性和维护
在7nm或5nm制程中，设备的可靠性至关重要。任何设备故障都可能导致生产中断和巨大的经济损失。因此，晶圆Sorter系统需要具备高度的可靠性和易于维护的设计，以确保生产线的连续运行。
## 6. 集成和通信
随着半导体制造过程的复杂化，晶圆Sorter系统需要与其他生产设备和监控系统紧密集成，实现数据共享和协同工作。这要求传输系统具备先进的通信能力和与不同设备和平台的兼容性。
## 7. 安全性和监控
在先进制程中，晶圆的价值显著提高，因此对安全性的要求也更加严格。晶圆Sorter系统需要具备先进的监控功能，以实时监控晶圆的状态和位置，确保在发生任何异常时能够及时响应和处理。
总之，晶圆Sorter自动化传输系统在7nm或5nm等先进制程节点中面临着多方面的技术挑战，这些挑战需要通过不断的技术创新和系统优化来克服。随着半导体技术的不断进步，这些系统也在不断地进行升级和改进，以满足日益增长的市场需求和更高的制造标准。
07、先进制程节点下，晶圆Sorter系统如何实现与其他生产设备的紧密集成和数据共享？
在先进制程节点下，如7nm或5nm，晶圆Sorter系统需要与其他生产设备紧密集成和数据共享，以确保半导体制造过程的高效性和准确性。以下是实现这一目标的关键方法和策略：
## 1. 采用标准化接口
晶圆Sorter系统通过采用符合SEMI（国际半导体设备与材料协会）标准的接口，确保与其他生产设备的兼容性。这些标准化接口包括物理连接接口、通信协议和数据格式，使得不同厂商的设备能够无缝集成。
## 2. 实施MES/CIM系统集成
制造执行系统（MES）和计算机集成制造（CIM）系统是半导体制造过程中的关键管理工具。晶圆Sorter系统通过集成MES和CIM系统，实现生产调度、实时监控、数据分析和反馈控制等功能。这种集成使得晶圆Sorter系统能够与其他生产设备共享生产计划、设备状态、质量数据等关键信息。
## 3. 利用工业物联网（IIoT）
工业物联网技术使得晶圆Sorter系统能够收集和分析来自传感器和其他设备的大量数据。通过IIoT平台，晶圆Sorter系统可以实时监测设备性能，预测维护需求，并与其他生产设备协同工作，优化生产流程。
## 4. 采用先进的通信技术
晶圆Sorter系统使用先进的通信技术，如以太网、无线网络和光纤通信，确保数据传输的速度和可靠性。这些通信技术还支持远程监控和控制，使得工程师可以在中央控制室管理整个生产线。
## 5. 实现软件层面的集成
晶圆Sorter系统的软件平台需要与其他生产设备的软件系统进行集成。这包括共享数据库、使用统一的软件框架和开发接口（APIs），以及实现数据交换和处理的标准化流程。
## 6. 模块化设计
晶圆Sorter系统采用模块化设计，使得系统能够灵活地添加或更换组件，以适应不同的生产需求。模块化设计还有助于简化系统升级和维护，确保与新技术的兼容性。
## 7. 人工智能与机器学习
晶圆Sorter系统可以利用人工智能（AI）和机器学习算法来优化生产流程。通过分析大量数据，AI可以预测设备故障、优化生产计划，并自动调整参数以提高生产效率和产品质量。
## 8. 人机交互界面
晶圆Sorter系统提供直观的人机交互界面（HMI），使得操作人员可以轻松地监控和控制设备。HMI还可以提供实时反馈和报警，确保生产过程中的问题能够及时被发现和解决。
通过上述方法和策略，晶圆Sorter系统能够在先进制程节点下实现与其他生产设备的紧密集成和数据共享，从而提高半导体制造的整体效率和质量。随着技术的不断进步，这些集成方法将继续发展和完善，以满足未来半导体制造的更高要求。
08、晶圆Sorter系统的挑战，如何提前准备应对？
晶圆Sorter系统在不同生产环境中可能会遇到一系列特殊挑战，这些挑战可能来自于环境因素、设备要求、工艺流程等方面。为了提前准备应对这些挑战，需要采取一系列的策略和措施。
### 环境因素挑战及应对策略
**挑战**：
- 洁净室环境要求：半导体生产需要在高度洁净的环境中进行，以防止晶圆污染。
- 温湿度控制：不同的生产环境可能对温度和湿度有不同的要求。
**应对策略**：
- 确保晶圆Sorter系统具备高效过滤系统，以维持所需的洁净等级。
- 设计具备温湿度控制功能的机台，以适应不同的环境条件。
### 设备要求挑战及应对策略
**挑战**：
- 不同尺寸和厚度的晶圆处理：晶圆的尺寸和厚度差异可能导致传送和操作困难。
- 特殊晶圆处理：如超薄、翘曲或穿孔晶圆，需要特殊的处理方式。
**应对策略**：
- 开发多功能晶圆Sorter系统，如Quartet Mechanics的VERSATILE WAFER SORTER，能够适应不同尺寸、厚度和翘曲程度的晶圆。
- 采用模块化设计，使设备能够根据特殊要求进行定制或升级。
### 工艺流程挑战及应对策略
**挑战**：
- 工艺流程的复杂性：随着半导体技术的发展，工艺流程变得更加复杂，对分拣和传输设备的要求更高。
- 快速响应和高吞吐量：生产线对晶圆Sorter系统的响应速度和处理能力有更高的要求。
**应对策略**：
- 采用先进的控制系统和算法，提高晶圆Sorter系统的智能化水平，以适应复杂的工艺流程。
- 优化设备设计，提高机械臂速度和传输效率，以满足高吞吐量的需求。
### 技术挑战及应对策略
**挑战**：
- 技术垄断和国产化要求：在某些市场，对国产化设备的需求日益增长，要求晶圆Sorter系统具备自主知识产权和竞争力。
**应对策略**：
- 投入研发资源，攻克关键技术难题，如上海果纳半导体设备有限公司开发的8LP双天车系统SORTER，实现技术突破和国产化。
- 与国内外研究机构和企业合作，共同推动技术创新和产业链的国产化。
### 维护和可靠性挑战及应对策略
**挑战**：
- 设备的持续稳定运行：晶圆Sorter系统的可靠性直接影响生产效率和产品质量。
**应对策略**：
- 实施定期的预防性维护计划，确保设备处于最佳状态。
- 采用易维护的设计，简化设备的维修和更换流程。
通过上述策略和措施的实施，可以提前准备应对晶圆Sorter系统在不同生产环境中可能遇到的挑战，确保生产过程的连续性和效率。
09、晶圆Sorter系统在面对不同材料和尺寸的晶圆时，有哪些调整策略？
晶圆Sorter系统在面对不同材料和尺寸的晶圆时，需要采取一系列调整策略以确保其能够有效地处理各种晶圆。以下是一些关键的调整策略：
### 1. 机械臂和夹具的适应性设计
- **可更换夹具**：设计可快速更换的夹具，以适应不同尺寸和形状的晶圆。
- **力度控制**：调整机械臂的力度控制，确保对脆弱或特殊材料的晶圆进行轻柔处理。
### 2. 传送路径的优化
- **模块化传送系统**：采用模块化设计，允许根据晶圆尺寸调整传送路径的长度和宽度。
- **动态路径规划**：利用先进的软件算法，根据晶圆的尺寸和形状动态规划最优的传送路径。
### 3. 洁净室环境的维护
- **微环境控制**：对于不同材料的晶圆，可能需要不同的洁净度等级。晶圆Sorter系统需要能够维持所需的洁净室环境。
- **隔离措施**：对于敏感材料，可能需要在Sorter系统中实施隔离措施，以防止交叉污染。
### 4. 识别和跟踪系统的升级
- **高精度识别技术**：采用高精度的识别技术，如机器视觉系统，以准确识别不同材料和尺寸的晶圆。
- **实时跟踪**：实施实时跟踪系统，确保在整个分拣过程中对晶圆的位置和状态有清晰的了解。
### 5. 软件和控制系统的灵活性
- **用户界面**：提供直观的用户界面，允许操作人员轻松输入不同晶圆的参数和要求。
- **编程灵活性**：软件系统应具备足够的灵活性，以便快速编程和调整以适应新的晶圆类型。
### 6. 兼容性和扩展性
- **多标准支持**：确保Sorter系统能够兼容多种晶圆料盒和标准，以适应不同客户的需求。
- **易于升级**：设计易于升级的系统，以便在未来可以支持新的材料和尺寸，无需更换整个设备。
### 7. 安全性和可靠性
- **故障检测和预防**：集成故障检测机制，以预防因处理不当的晶圆而造成的损坏。
- **冗余设计**：采用冗余设计，确保关键组件的备份，以减少因设备故障导致的停机时间。
通过实施上述调整策略，晶圆Sorter系统能够灵活地适应不同材料和尺寸的晶圆，确保生产过程的高效性和可靠性。这对于满足多样化市场需求和提升客户满意度至关重要。
晶圆Sorter系统升级后，如何评估其对生产效率的具体影响？
晶圆Sorter系统升级后，评估其对生产效率的具体影响是至关重要的，因为它直接关系到企业的生产能力和经济效益。以下是一些评估生产效率影响的方法和指标：
### 1. 吞吐量（Throughput）分析
- **测量升级前后的晶圆处理速度**：记录单位时间内处理的晶圆数量，比较升级前后的差异。
- **跟踪生产周期时间**：评估晶圆从输入到输出的总时间，以及升级后是否有所缩短。
### 2. 故障率（MTBF）和停机时间
- **统计故障次数**：记录升级前后的故障次数和原因，分析故障率是否有所降低。
- **跟踪计划外的停机时间**：评估因故障导致的非计划性停机时间是否有所减少。
### 3. 缺陷率（Defect Rate）监控
- **检测晶圆缺陷数量**：比较升级前后的晶圆缺陷率，评估系统升级是否提高了产品质量。
- **分析缺陷类型和原因**：了解缺陷产生的原因，判断是否与Sorter系统的升级有关。
### 4. 操作效率
- **评估操作人员的工作量**：观察操作人员在升级后的系统上的工作流程，评估是否有效率提升。
- **用户反馈**：收集操作人员的反馈，了解新系统是否简化了操作流程，提高了工作效率。
### 5. 维护和支持成本
- **计算维护成本**：评估升级后的系统维护成本是否有所变化，包括预防性维护和紧急维修。
- **支持响应时间**：衡量技术支持团队响应和解决问题的速度，评估是否提高了维护效率。
### 6. 投资回报率（ROI）
- **计算ROI**：通过对比升级成本与生产效率提升带来的经济效益，评估投资回报率。
- **长期效益分析**：考虑升级对企业长期竞争力的影响，包括市场份额、客户满意度等。
### 7. 能源消耗和环境影响
- **监测能源使用情况**：评估升级后的系统是否更加节能，对环境的影响是否有所减少。
### 8. 客户满意度
- **客户反馈**：收集客户对升级后系统性能的反馈，了解是否满足或超出了他们的期望。
通过上述方法和指标的综合评估，企业可以全面了解晶圆Sorter系统升级对生产效率的具体影响。这不仅有助于验证升级的有效性，还可以为未来的升级和改进提供数据支持和决策依据。
10、Sorter机的壁垒主要包括技术壁垒和市场壁垒。
首先，技术壁垒方面，Sorter机作为半导体制造过程中的关键设备，其技术水平直接影响到半导体产品的质量和生产效率。从我搜索到的资料中可以看出，全球半导体设备前置模块（EFEM）和晶圆倒片机（Sorters）的主要厂商如RORZE Corporation、Brooks Automation和Hirata Corporation等，占据了大约60%的市场份额2。这些头部企业之所以能够占据主导地位，很大程度上是因为它们在技术研发和创新方面的持续投入，形成了较高的技术壁垒。此外，国产化的加速也表明了技术壁垒的存在，尽管国产化进程正在加速，但国产化率普遍较低4，说明国内企业在追赶国际先进水平的过程中还面临着较大的技术挑战。
其次，市场壁垒方面，全球半导体设备市场的集中度较高，前三大厂商共占有大约60%的市场份额2，这种高度集中的市场格局意味着新进入者需要克服巨大的市场壁垒才能获得一席之地。此外，我国半导体起步晚，90%的设备都是依靠进口5，这也反映了市场壁垒的存在，即国内市场对高端半导体设备的需求主要依赖于进口，国内企业要打破这一局面，就必须提升自身的技术水平和生产能力。
