Stäubli Sei-achsiger TX 60 L CR übernimmt anspruchsvolles Waferhandling

Stäubli Sei-Achser TX 60 L CR si occupa di manipolazione di wafer di alta precisione

Robot per camere bianche con carico prezioso

Quando i robot spostano parti da A a B, non è particolarmente interessante. La gestione dei wafer nel backend è invece diversa: il valore di una singola lastra può arrivare fino a 10.000 euro in questa fase. Per garantire la massima sicurezza nella manipolazione di carichi preziosi, SÜSS MicroTec si affida al robot Stäubli TX60L cr di precisione.

Il mercato dei semiconduttori è saldamente in mano asiatica, tuttavia il gruppo SÜSS MicroTec gioca nella Champions League della lavorazione dei wafer. Ciò che i clienti di tutto il mondo apprezzano è la competenza dell’azienda. Il gruppo SÜSS MicroTec vanta oltre sessant’anni di esperienza nello sviluppo e nella produzione di soluzioni di processo per applicazioni microstrutturali. L’offerta di soluzioni copre tutte le fasi di lavorazione dei wafer, dalla pulizia, indurimento e sviluppo, alla calibrazione fino al bonding dei wafer.

Sia che si tratti di produzione di chip di memoria, telecamere per telefoni cellulari o sensori di pressione pneumatici - le soluzioni di SÜSS MicroTec vengono impiegate in un ampio spettro di processi di produzione per applicazioni quotidiane o industriali. Una delle aziende del gruppo è SÜSS MicroTec Lithography GmbH, con sedi a Garching e Vaihingen an der Enz. Nella sede di Vaihingen an der Enz, trasferita e ampliata a metà maggio in un nuovo edificio a Sternenfels, si è specializzata in processi litografici per il trattamento dei wafer nel backend e offre una gamma completa di prodotti di rivestimento e sviluppatori, che vanno dall’attrezzatura da laboratorio economica fino a impianti di produzione ad alte prestazioni per wafer da 300 mm.

Il controllo totale dei processi e la manipolazione rapida, precisa e sicura dei wafer, con tassi di rottura quasi inesistenti nel ppm, sono i motivi che convincono clienti di tutto il mondo. Un altro motivo della nostra forte posizione di mercato, soprattutto in Asia, è la nostra flessibilità. Come costruttori tedeschi di macchinari speciali, possediamo un’elevata competenza nelle personalizzazioni degli impianti, mentre i nostri concorrenti asiatici si concentrano principalmente sulla costruzione di impianti standard?, spiega il Dipl.-Ing. Stefan Lutter, product manager Coater di SÜSS MicroTec.

Impianti innovativi di rivestimento e sviluppo con manipolazione robotizzata

Già nella loro configurazione standard, gli impianti sono molto flessibili, come dimostra il cluster ACS 300 Gen2 per pulizia e sviluppo. L’impianto può essere utilizzato senza modifiche meccaniche per wafer da 200 e 300 mm. Le principali applicazioni sono processi di pulizia avanzati per applicazioni di wafer level packaging e integrazione 3D. Una struttura compatta e due moduli di carico direttamente sul telaio garantiscono costi operativi ottimali. Tutte le operazioni di handling all’interno dell’impianto sono affidate al robot pulito di precisione Stäubli TX60L cr. Nel backend, i requisiti di ambiente pulito vanno da ISO 3 a ISO 4, e la variante cleanroom del TX60L soddisfa facilmente queste esigenze.

Il ACS300 Gen2 si compone di un telaio di base e di quattro diverse piastre modulari. L’utente può equipaggiare le piastre con vari moduli, come moduli di pulizia (Coater), moduli di sviluppo (Developer), e pile di piastre riscaldanti e raffreddanti. È disponibile anche un’estensione del telaio che permette di ospitare due pile di piastre riscaldanti e raffreddanti aggiuntive. In questo modo, l’impianto può essere utilizzato esclusivamente per la pulizia, solo per lo sviluppo o come impianto combinato per entrambe le funzioni. È dotato di un sistema di controllo sviluppato internamente, facile da usare e molto intuitivo. L’operatore può assegnare facilmente ricette specifiche a ogni modulo, permettendo al wafer di attraversare le varie stazioni secondo le istruzioni.

L’ACS 300 Gen2 è un impianto di backend in cui i wafer completano gli ultimi passaggi di trattamento. In questa fase, i wafer sono molto costosi, poiché oltre il 90% delle fasi di produzione sono già state completate. Per questo motivo, gli impianti SÜSS MicroTec devono garantire elevata affidabilità, ripetibilità, alta disponibilità e manipolazione sicura. «È fatale se un wafer si rompe nel nostro impianto. Il suo valore, a seconda dell’esecuzione e del tipo, varia tra 1.000 e 10.000 euro. Da un wafer si possono ottenere tra 1.000 e diverse decine di migliaia di chip, utilizzati in computer, telefoni o LED», spiega Lutter, sottolineando: «Non ci si può permettere di avere scarti in questa fase di produzione». Le alte prestazioni del robot sono quindi fondamentali per la manipolazione dei wafer.

Robot a sei assi invece di robot a 3 link

Nel moderno rivestitore ACS 300 Gen2, SÜSS MicroTec si affida esclusivamente all’uso del robot a sei assi Stäubli TX 60L cr. La ragione per cui il robot compatto a braccio articolato prevale e non uno dei classici robot a 3 link, come spiega Rainer Targus del reparto Ricerca e Sviluppo di SÜSS MicroTec: «Rispetto ai robot a 3 link con soli tre gradi di libertà, l’uso del robot a sei assi offre molta più flessibilità. In particolare, il TX60L con braccio lungo può raggiungere molto lontano. Lo spazio di lavoro più ampio permette una disposizione molto più flessibile dei moduli all’interno dell’impianto. Inoltre, rispetto ai manipolatori a 3 link, il robot Stäubli ha una capacità di carico molto superiore, che può diventare un criterio decisivo considerando le elevate forze di accelerazione in combinazione con il peso di pinze e wafer?»

Inoltre, il TX60L offre una maggiore precisione di posizionamento e ripetibilità nell’ambito della sua portata rispetto ai sistemi a 3 link comparabili, aspetto fondamentale per la verniciatura dei bordi dei wafer.

Il robot ha molto lavoro all’interno dell’impianto, poiché, fatta eccezione per il caricamento manuale, tutte le altre fasi sono completamente automatizzate. L’operatore carica l’impianto e inserisce una cassetta con 25 wafer, chiamata FOUP (Front Opening Unified Pod). Un modulo chiamato Load Port apre il FOUP e ne scansiona il contenuto. Il sistema riconosce il numero di wafer e la loro posizione esatta. In questo modo, il sistema di controllo riceve le informazioni sul numero di wafer da lavorare. Il punto critico del sistema di controllo è il scheduling intelligente e auto-ottimizzante. Dopo che l’operatore ha impostato le istruzioni e le ricette, il sistema determina autonomamente il miglior programma temporale per le operazioni complesse, senza intervento dell’operatore.

Con questo, si dà il via alla fase operativa e si attiva il robot TX60L cr. Il robot preleva il wafer dal FOUP e si sposta verso una stazione di centratura. Qui, grazie alla visione artificiale, si determina la posizione esatta della lastra nel gripper. La visione artificiale trasmette le coordinate di deviazione al sistema di controllo del robot, che può così centrare perfettamente il wafer e posizionarlo nel modulo assegnato. L’inserimento e il prelievo dei wafer in tutti e quattro i moduli di processo dell’impianto sono naturalmente compiti del robot, così come il deposito del wafer finito nel FOUP.

Precisione di posizionamento di +- 50 micrometri

«Durante l’inserimento dei wafer nei moduli di processo, è richiesta precisione da parte del robot. Con il preciso Stäubli TX60L, possiamo realizzare l’obiettivo dichiarato di una precisione assoluta di +/- 50 micrometri nel modulo», afferma Stefan Lutter. Questo risultato è anche merito della tecnologia brevettata JCM di Stäubli. La elevata precisione di traiettoria del robot si rivela utile anche nel prelievo e nell’inserimento dei wafer nelle cassette e nei moduli. Il robot maneggia le lastre costose senza tremare, con sicurezza esemplare. La rottura dei wafer è quindi esclusa.

Le tempistiche di ciclo dell’impianto variano molto a seconda delle operazioni. In alcune ricette e sequenze, i tempi di modulo sono i fattori limitanti, mentre in altre il robot determina il tempo di ciclo. «In entrambi i casi, beneficiamo delle velocissime cicliche del robot Stäubli, che lavora con precisione nonostante le alte accelerazioni e evita danni ai wafer», conclude Rainer Targus.

Il fatto che nei sistemi cluster innovativi ACS300 Gen2 di SÜSS MicroTec vengano utilizzati esclusivamente robot a sei assi Stäubli non è affatto casuale: «Abbiamo esaminato e confrontato attentamente robot di diversi produttori. Per ottenere la combinazione ottimale di portata, velocità, precisione di posizionamento e manipolazione sicura, per noi il miglior robot per questa applicazione è solo Stäubli», riassume Stefan Lutter.

Testo e foto: Dipl.-Ing. Ralf Högel