Stäubli Six-Axle TX 60 L CR přebírá náročné manipulace s wafery

Stäubli Six-Axle TX 60 L CR přebírá náročné manipulace s wafery

Reinraumový robot s cennou nákladem

Pokud roboti přesouvají díly z A do B, není to opravdu vzrušující. Při manipulaci s wafery v backendové oblasti je to ale jinak: Hodnota jednoho disku může v této fázi dosahovat až 10 000 eur. Aby byla zajištěna maximální bezpečnost při manipulaci s cenným nákladem, spoléhá SÜSS MicroTec na přesného robota Stäubli TX60L cr.

Trh s polovodiči je pevně v rukou Asie, přesto skupina SÜSS MicroTec patří do Ligy mistrů v oblasti zpracování waferů. To, co zákazníci po celém světě oceňují, je odbornost společnosti. Skupina SÜSS MicroTec má více než šedesát let zkušeností ve vývoji a výrobě procesních řešení pro mikrostrukturní aplikace. Nabídka řešení zahrnuje všechny kroky zpracování waferů, od čištění, vytvrzení a vývoje přes seřízení až po bonding waferů.

Ať už jde o výrobu paměťových čipů, kamer pro mobilní telefony nebo senzory tlaku v pneumatikách – řešení SÜSS MicroTec jsou používána v širokém spektru výrobních procesů pro každodenní nebo průmyslové aplikace. Jednou ze společností skupiny je SÜSS MicroTec Lithography GmbH se sídly v Garchingu a Vaihingenu an der Enz. Na místě ve Vaihingenu an der Enz, které v polovině května přesunulo a rozšířilo do nového firemního objektu ve Sternenfels, se specializuje na lithografické procesy při zpracování waferů v backendové oblasti a nabízí komplexní sortiment produktů včetně coatů a vývojových zařízení, od levných laboratorních přístrojů po vysoce výkonné výrobní linky pro 300mm wafery.

Stoprocentní zvládnutí procesů a rychlé, přesné a bezpečné zacházení s wafery s téměř nezjistitelnou mírou poškození v ppm je to, co přesvědčuje zákazníky po celém světě. ?Dalším důvodem naší silné pozice na trhu, zejména v asijském regionu, je naše flexibilita. Jako německý výrobce speciálních strojů máme velmi vysokou odbornost v přizpůsobování zařízení na míru zákazníkům, zatímco naši asijští konkurenti se zaměřují především na výrobu standardních zařízení?, vysvětluje Dipl.-Ing. Stefan Lutter, produktový manažer coatů ve společnosti SÜSS MicroTec.

Inovativní coatovací a vývojové zařízení s robotickým manipulátorem

Už ve své standardní konfiguraci jsou zařízení velmi flexibilní, jak ukazuje například cluster ACS 300 Gen2 pro čištění a vývoj. Zařízení lze bez mechanické přestavby používat pro zpracování waferů o velikosti 200 mm a 300 mm. Hlavními oblastmi použití jsou náročné čištění v oblasti balení waferů na úrovni čipu a 3D integrace. Kompaktní konstrukce a dva nakládací moduly přímo na základní rám garantují optimální provozní náklady. Veškeré manipulační úkoly uvnitř zařízení provádí vysoce přesný robot Stäubli Cleanroom TX60L cr. V backendové oblasti splňují požadavky na čistotu v rozmezí ISO 3 až ISO 4, což verze Cleanroom robotu TX60L bez problémů splňuje.

ACS300 Gen2 se skládá ze základního rámu a čtyř různých modulových desek. Uživatel si může desky vybavit různými moduly. K dispozici jsou moduly pro čištění (Coater), vývojové moduly (Developer), a také sestavy topných a chladicích desek. Dále je k dispozici rozšiřovací rám, do kterého lze umístit dvě další sestavy topných a chladicích desek. Díky tomu lze zařízení používat buď pouze pro čištění, nebo pouze pro vývoj, nebo jako kombinované zařízení pro čištění a vývoj. Používá se vlastní řízení, jehož obsluha je nejen přehledná, ale i velmi jednoduchá. Operátor tak může snadno přiřadit jednotlivým modulům specifické recepty, podle nichž wafer prochází jednotlivými stanicemi.

ACS 300 Gen2 je zařízení v backendové části, kde wafery procházejí posledními kroky zpracování. V této fázi jsou wafery velmi drahé, protože více než 90 procent výrobních kroků je již dokončeno, a proto jsou na zařízení SÜSS MicroTec kladeny velmi vysoké nároky na spolehlivost, opakovatelnost, dostupnost a bezpečnost manipulace. ?Je fatální, když se wafer v našem zařízení rozbije. Jeho hodnota se pohybuje podle provedení a typu mezi 1 000 a 10 000 eur. Z takového waferu vznikne mezi 1 000 a několika desítkami tisíc čipů, které nacházejí uplatnění v počítačích, mobilních telefonech nebo LED diodách?, vysvětluje Lutter a zdůrazňuje: ?V tomto výrobním stádiu si už nelze dovolit žádný odpad.? To klade vysoké nároky na manipulaci s wafery a tím i na výkon robota.

Šestiosý robot místo 3-článkového manipulátoru

V moderním coatovacím zařízení ACS 300 Gen2 spoléhá SÜSS MicroTec důsledně na použití šestiosého robota Stäubli TX 60L cr.  To, že kompaktní robot s kyvným ramenem je lepší než běžně používané klasické 3-článkové manipulátory, je jasné z výkonu tohoto stroje, jak vysvětluje Rainer Targus z výzkumného a vývojového oddělení SÜSS MicroTec: ?Ve srovnání s 3-článkovými roboty s pouhými třemi stupni volnosti přináší použití šestiosého robota mnohem větší flexibilitu. Především TX60L s dlouhým ramenem dokáže velmi daleko dosáhnout. Větší pracovní prostor umožňuje mnohem flexibilnější uspořádání modulů uvnitř zařízení. Navíc se robot Stäubli v porovnání s 3-článkovými manipulátory vyznačuje výrazně vyšší nosností, což může být při extrémních zrychleních a váze manipulátorů a waferů rychle rozhodující kritérium?, vysvětluje.

Navíc má TX60L v rozsahu dosahu vyšší přesnost položení a opakovatelnost než srovnatelné 3-článkové systémy, což je klíčové při okrajovém nanášení vrstvy na wafery.

Robot má v zařízení hodně práce, protože kromě manuálního nakládání probíhají všechny ostatní kroky plně automaticky. Operátor zařízení naloží a vloží kazetu s 25 wafery, nazývanou v odborné terminologii FOUP (Front Opening Unified Pod). Modul pro načítání (Load Port) otevře FOUP a provede skenování obsahu. Systém rozpozná počet waferů a jejich přesnou pozici. Tím dostává řídicí systém informace o počtu waferů k zpracování. Klíčovým prvkem řízení je inteligentní, samooptimalizující plánování. Poté, co operátor zadá úkoly a recepty, systém zařízení sám stanoví optimální časový plán pro složité úkoly bez zásahu obsluhy.

Pak již začíná práce s robotem Stäubli TX60L cr. Robot vyndá wafer z kazety a přesune ho na centrovací stanici. Zde je pomocí obrazové kontroly určena přesná poloha disku v uchopovači. Obrazová kontrola nyní předává naměřené souřadnice odchylky řídicímu systému robota, aby mohl robot přesně centrovat wafer a uložit ho do přiděleného modulu. Vkládání a vyjímání waferů u všech čtyř procesních modulů zařízení je samozřejmě také úkolem robota, stejně jako vrácení hotového waferu zpět do FOUP.

Přesnost ukládání +- 50 mikrometrů

?Při ukládání waferů do procesních modulů je od robota požadována přesnost. S vysoce přesným robotem Stäubli TX60L lze náš cíl, dosáhnout absolutní přesnosti ukládání +/- 50 mikrometrů v modulu, realizovat?, říká Stefan Lutter. Částečně je to zásluhou patentované technologie pohonu JCM od robotů Stäubli. Vysoce přesná trajektorie robota se také vyplatí při vyndávání nebo vkládání waferů do a z kapes a modulů. Robot s jistotou a bez chvění manipuluje drahými disky s příkladnou bezpečností. Poškození waferu je tak vyloučeno.

Taktové časy zařízení se velmi liší v závislosti na úkolech. U určitých receptur a sekvencí jsou limitujícími prvky doby modulů, u jiných úkolů je to robot, který určuje takt. ?V obou případech těžíme z extrémně rychlých cyklů robota Stäubli, který i při vysokých zrychleních pracuje přesně a bezpečně předchází poškození waferů?, říká Rainer Targus.

To, že v inovativních systémech clusterů ACS300 Gen2 od SÜSS MicroTec jsou dnes používány výhradně šestiosé roboty od Stäubli, není náhoda: ?Důkladně jsme porovnali různé roboty od různých výrobců. Abychom dosáhli optimální kombinace dosahu, rychlosti, přesnosti ukládání a bezpečného zacházení, používáme pouze ten nejlepší robot pro tuto aplikaci. Proto volíme Stäubli?, shrnuje Stefan Lutter.

Text a fotografie: Dipl.-Ing. Ralf Högel