Stäubli Six-Axle TX 60 L CR übernimmt anspruchsvolles Waferhandling

Stäubli Six-Achs TX 60 L CR übernimmt anspruchsvolles Waferhandling

Robot de salle blanche avec fret précieux

Lorsque des robots déplacent des pièces d’un endroit à un autre, ce n’est pas vraiment passionnant. En revanche, la manipulation de wafers dans la zone de backend est une autre histoire : la valeur d’une seule tranche peut atteindre jusqu’à 10 000 euros à ce stade. Pour garantir une sécurité maximale lors de la manipulation de cette cargaison précieuse, SÜSS MicroTec mise sur le robot Stäubli TX60L cr précis.

Le marché des semi-conducteurs est fermement entre les mains de l’Asie, néanmoins, le groupe SÜSS MicroTec joue dans la ligue des champions du traitement des wafers. Ce que les clients du monde entier apprécient, c’est la compétence de l’entreprise. Le groupe SÜSS MicroTec possède plus de soixante ans d’expérience dans le développement et la fabrication de solutions de processus pour les applications microstructurales. L’offre de solutions couvre toutes les étapes du traitement des wafers, de l’ébarbage, la durcissement et le développement, jusqu’au calibrage et au collage des wafers.

Que ce soit pour la fabrication de puces mémoire, de caméras pour téléphones mobiles ou de capteurs de pression pour pneus, les solutions de SÜSS MicroTec sont utilisées dans un large spectre de processus de fabrication pour des applications quotidiennes ou industrielles. Une filiale du groupe est SÜSS MicroTec Lithography GmbH, avec des sites à Garching et Vaihingen an der Enz. Sur le site de Vaihingen an der Enz, qui a été déplacé et agrandi dans un nouveau bâtiment à Sternenfels à la mi-mai, l’entreprise s’est spécialisée dans les processus lithographiques pour le traitement des wafers en backend et propose une gamme complète de produits de revêtement et de développement, allant de l’équipement de laboratoire économique à la ligne de production haute performance pour wafers de 300 mm.

Une maîtrise totale des processus ainsi qu’une manipulation rapide, précise et sûre des wafers avec des taux de casse à peine mesurables dans la plage ppm sont les arguments qui convainquent les clients du monde entier. Un autre motif de notre forte position sur le marché, notamment en Asie, est notre flexibilité. En tant que constructeur allemand de machines spéciales, nous disposons d’une compétence très élevée en matière d’adaptations spécifiques aux clients, alors que nos concurrents asiatiques se concentrent principalement sur la construction de systèmes standards, explique Dipl.-Ing. Stefan Lutter, chef de produit Coater chez SÜSS MicroTec.

Machines innovantes de revêtement et de développement avec manipulation robotisée

Déjà dans leur configuration standard, ces systèmes sont très flexibles, comme le montre le cluster ACS 300 Gen2 pour l’ébarbage et le développement. La machine peut être utilisée sans modification mécanique pour le traitement de wafers de 200 mm et 300 mm. Les principaux domaines d’application sont d’abord les processus d’ébarbage exigeants dans les applications de packaging au niveau du wafer ainsi que dans l’intégration 3D. Une structure compacte et deux modules de chargement directement sur le cadre de base garantissent des coûts d’exploitation optimaux. Toutes les opérations de manipulation à l’intérieur de la machine sont assurées par le robot de salle blanche hautement précis Stäubli TX60L cr. Dans la zone de backend, les exigences en matière de salle blanche vont de ISO 3 à ISO 4, ce que la variante de salle blanche du TX60L remplit aisément.

Le ACS300 Gen2 se compose d’un cadre de base et de quatre plaques modulaires différentes. L’utilisateur peut équiper ces plaques avec différents modules. Des modules d’ébarbage (Coater), des modules de développement (Developer), ainsi que des empilements de plaques chauffantes et refroidissantes sont disponibles. De plus, une extension de cadre permet d’accueillir deux empilements supplémentaires de plaques chauffantes et refroidissantes. Il est ainsi possible d’utiliser la machine uniquement pour l’ébarbage, uniquement pour le développement ou comme machine combinée pour l’ébarbage et le développement. La machine est équipée d’un système de contrôle développé en interne, dont l’utilisation est non seulement claire mais aussi très simple. Ainsi, l’opérateur peut attribuer facilement des recettes à chaque module, selon lesquelles le wafer traverse chaque station.

Le ACS 300 Gen2 est une machine de backend où les wafers passent par les dernières étapes de traitement. À ce moment-là, les wafers sont très coûteux, car plus de 90 % des étapes de fabrication sont déjà terminées. C’est pourquoi les exigences en matière de fiabilité, de répétabilité, de disponibilité et de manipulation sécurisée sont très élevées pour les systèmes SÜSS MicroTec. « Il est fatal qu’un wafer se casse dans notre machine. Son coût varie entre 1 000 et 10 000 euros selon la version et le type. De ce wafer, naissent entre 1 000 et plusieurs dizaines de milliers de puces, utilisées dans des ordinateurs, téléphones mobiles ou LED », explique Lutter, en soulignant : « On ne peut plus se permettre de produire des déchets à ce stade de fabrication. » Les exigences concernant la manipulation des wafers et la performance du robot sont donc très élevées.

Robot à six axes plutôt que robot à 3 liens

Dans le coater moderne ACS 300 Gen2, SÜSS MicroTec mise résolument sur l’utilisation du robot à six axes Stäubli TX 60L cr. La raison pour laquelle ce robot compact à bras articulé l’emporte sur un robot classique à 3 liens, comme c’est habituellement le cas dans l’industrie, est clairement liée à la performance de la machine Stäubli, explique Rainer Targus du département R&D de SÜSS MicroTec : « Par rapport aux robots à 3 liens avec seulement trois degrés de liberté, l’utilisation du robot à six axes offre beaucoup plus de flexibilité. Le TX60L, avec son bras long, peut atteindre très loin. Son espace de travail plus grand permet une disposition beaucoup plus flexible des modules dans la machine. De plus, le robot Stäubli offre une capacité de charge nettement supérieure par rapport aux manipulateurs à 3 liens, ce qui peut rapidement devenir un critère déterminant dans des accélérations extrêmes combinées au poids des pinces et des wafers. »

De plus, le TX60L offre une précision de placement et une répétabilité supérieures dans son rayon d’action par rapport à des systèmes à 3 liens comparables, ce qui est crucial lors du traitement en périphérie des wafers.

Le robot a beaucoup de travail dans la machine, car à l’exception du chargement manuel, toutes les autres étapes sont entièrement automatisées. L’opérateur charge la machine et insère une cassette contenant 25 wafers, appelée FOUP (Front Opening Unified Pod). Un module appelé Load Port ouvre le FOUP et en scanne le contenu. Le système détecte le nombre de wafers et leur position exacte. Ainsi, le système de contrôle reçoit l’information sur le nombre de wafers à traiter. Le point clé du contrôle est la planification intelligente et auto-optimisée. Après que l’opérateur a défini la tâche et les recettes, le système de contrôle détermine lui-même le calendrier optimal pour les opérations complexes, sans intervention de l’opérateur.

C’est alors que commence le processus et que le robot Stäubli TX60L cr entre en action. Le robot sort le wafer de la cassette et se déplace vers une station de centrage. Ici, la position exacte de la tranche est déterminée par vision artificielle. La vision transmet ensuite les coordonnées de l’écart à la commande du robot, afin que celui-ci puisse centrer précisément le wafer dans le module assigné. La mise en place et la récupération des wafers dans les quatre modules du processus sont naturellement aussi assurées par le robot, tout comme le retour du wafer fini dans le FOUP.

Précision de placement de ± 50 micromètres

Lors de la mise en place des wafers dans les modules de processus, la précision du robot est essentielle. Avec le très précis Stäubli TX60L, notre objectif déclaré, à savoir une précision absolue de ± 50 micromètres dans le module, peut devenir réalité, explique Stefan Lutter. Cela est notamment rendu possible par la technologie brevetée JCM drive des robots Stäubli. La grande précision de trajectoire du robot se manifeste également lors de la récupération ou de la mise en place des wafers dans les cassettes et modules. Le robot manipule les tranches coûteuses sans trembler, avec une sécurité exemplaire. La casse des wafers est ainsi exclue.

Les temps de cycle de la machine varient fortement en fonction des tâches. Pour certains processus et séquences, la durée de module est le facteur limitant, tandis que pour d’autres, c’est le robot qui détermine le rythme. « Dans les deux cas, nous profitons des cycles ultra-rapides du robot Stäubli, qui, malgré ses valeurs d’accélération élevées, travaille avec précision et évite tout dommage aux wafers », conclut Rainer Targus.

Le fait que, dans les systèmes de cluster innovants ACS300 Gen2 de SÜSS MicroTec, seuls des robots à six axes de Stäubli soient utilisés, n’est pas du tout un hasard : « Nous avons examiné et comparé en détail des robots de différents fabricants. Pour atteindre la meilleure combinaison de portée, vitesse, précision de placement et manipulation sûre, seul le meilleur robot pour cette application nous convenait. C’est pourquoi nous optons pour Stäubli », résume Stefan Lutter.

Texte et photos : Dipl.-Ing. Ralf Högel