Stäubli Sechsachser TX 60 L CR übernimmt anspruchsvolles Waferhandling

Stäubli Sechsachser TX 60 L CR übernimmt anspruchsvolles Waferhandling

Reinraum-Roboter met waardevolle lading

Wanneer robots onderdelen van A naar B verplaatsen, is dat niet echt spannend. Bij het handling van wafers in de backend-omgeving ligt de zaak anders: de waarde van een enkele wafer kan in dit stadium oplopen tot wel 10.000 euro. Om maximale veiligheid bij de handling van de waardevolle lading te garanderen, vertrouwt SÜSS MicroTec op de nauwkeurige Stäubli robot TX60L cr.

De halfgeleidermarkt is stevig in Aziatische handen, maar toch speelt de SÜSS MicroTec Groep mee in de Champions League van waferbewerking. Wat klanten wereldwijd waarderen, is de expertise van het bedrijf. De SÜSS MicroTec Groep beschikt over meer dan zestig jaar ervaring in de ontwikkeling en productie van procesoplossingen voor microstructuurtoepassingen. Het aanbod aan oplossingen omvat alle bewerkingsstappen van wafers, van belacken, uitharden en ontwikkelen tot afstelling en het binden van wafers.

Of het nu gaat om de productie van geheugenchips, camera’s voor mobiele telefoons of bandenspanningssensoren - de oplossingen van SÜSS MicroTec worden binnen een breed spectrum van fabricageprocessen ingezet voor alledaagse of industriële toepassingen. Een bedrijf van de groep is de SÜSS MicroTec Lithography GmbH met vestigingen in Garching en Vaihingen an der Enz. Op de locatie in Vaihingen an der Enz, die medio mei verhuisde en uitbreidde naar een nieuw bedrijfspand in Sternenfels, is gespecialiseerd in lithografische processen bij de waferbehandeling in de backend-omgeving en biedt een uitgebreid assortiment aan coaten en ontwikkelaars, variërend van betaalbare laboratoriumapparatuur tot high-performance productielijnen voor 300 mm wafers.

Volledige beheersing van de processen, evenals snelle, precieze en veilige handling van wafers met nauwelijks meetbare breukpercentages in ppm-bereik, vormen de kernargumenten die klanten wereldwijd overtuigen. Een andere reden voor onze sterke marktpositie, vooral in de Aziatische markt, is onze flexibiliteit. Als Duitse fabrikant van speciale machines beschikken wij over een zeer hoge competentie op het gebied van klantgerichte aanpassingen van systemen, terwijl onze Aziatische concurrenten zich vooral richten op de bouw van standaardmachines?, aldus Dipl.-Ing. Stefan Lutter, productmanager Coater bij SÜSS MicroTec.

Innovatieve Coater- en ontwikkelinstallaties met robothandling

Zelfs in hun standaarduitvoering zijn de systemen zeer flexibel, zoals blijkt uit de belackings- en ontwikkelcluster ACS 300 Gen2. Het systeem kan zonder mechanische ombouw worden ingezet voor de verwerking van 200 mm en 300 mm wafers. De belangrijkste toepassingsgebieden zijn vooral veeleisende belackingsprocessen in de gebieden van wafer level packaging en 3D-integratie. Een compacte opbouw en twee belade-modules direct aan het basisframe garanderen optimale bedrijfskosten. Alle handlingtaken binnen de installatie worden uitgevoerd door de uiterst nauwkeurige Stäubli cleanroom-robot TX60L cr. In de backend-omgeving voldoen de cleanroom-eisen aan ISO 3 tot ISO 4, wat de cleanroom-variant van de TX60L moeiteloos waarmaakt.

De ACS300 Gen2 bestaat uit een basisframe en vier verschillende moduleplaten. De gebruiker kan de moduleplaten voorzien van verschillende modules. Beschikbaar zijn belackingsmodules (Coater), ontwikkelmodules (Developer), evenals stapels met verwarmings- en koelplaten. Daarnaast is er een frame-uitbreiding beschikbaar waarin twee extra stapels met verwarmings- en koelplaten kunnen worden ondergebracht. Hierdoor is het mogelijk de systemen alleen te gebruiken voor belacken, alleen voor ontwikkelen of als gecombineerde systemen voor belakken en ontwikkelen. Er wordt gebruikgemaakt van een in eigen beheer ontwikkelde besturing, die niet alleen overzichtelijk, maar ook zeer eenvoudig te bedienen is. Zo kan de operator elke module eenvoudig bepaalde recepten toewijzen, waarna de wafer de betreffende stations doorloopt.

De ACS 300 Gen2 is een backend-systeem waarbij de wafers de laatste bewerkingsstappen ondergaan. Op dat moment zijn de wafers zeer kostbaar, omdat meer dan 90 procent van de fabricageprocessen al voltooid is. Daarom worden zeer hoge eisen gesteld aan de betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid, uptime en veilige handling van de systemen van SÜSS MicroTec. Het is fataal als een wafer in onze installatie breekt. Het is immers van waarde, afhankelijk van uitvoering en type, tussen de 1.000 en 10.000 euro. Uit zo’n wafer ontstaan tussen de 1.000 en meerdere 10.000 chips, die worden gebruikt in computers, mobiele telefoons of LED’s?, legt Lutter uit en benadrukt: ?Afkeur is in deze productiefase niet meer te veroorloven.? De eisen aan de handling van wafers en daarmee aan de prestaties van de robot zijn dan ook zeer hoog.

Zesassige robot in plaats van 3-link robot

In de moderne Coater ACS 300 Gen2 vertrouwt SÜSS MicroTec consequent op de inzet van de Stäubli zesassige TX 60L cr. Dat de compacte schaararmrobot de race wint en niet zoals gebruikelijk een van de klassieke 3-link robots, ligt duidelijk aan de prestaties van de Stäubli-machine, zoals Rainer Targus uit de SÜSS MicroTec R&D-afdeling uitlegt: ?In vergelijking met de 3-link robots met slechts drie vrijheidsgraden biedt de inzet van de zesassige veel meer flexibiliteit. Vooral de TX60L met lange arm kan heel ver reiken. De grotere werkruimte maakt een veel flexibelere opstelling van de modules binnen de installatie mogelijk. Bovendien scoort de Stäubli-robot in vergelijking met de 3-link manipulators met een aanzienlijk hogere draagkracht, wat bij de extreme acceleratiekrachten in combinatie met het gewicht van grijper en wafers snel een doorslaggevend criterium kan worden.?

Bovendien biedt de TX60L binnen zijn bereik een hogere positioneringsnauwkeurigheid en herhaalbaarheid dan vergelijkbare 3-link systemen, wat cruciaal is bij de randentlack van wafers.

De robot heeft in de installatie voldoende te doen, want op de manuele belading na verlopen alle verdere stappen volledig automatisch. De operator laadt de installatie en plaatst een met 25 wafers beladen cassette, in vaktaal FOUP (Front Opening Unified Pod). Een zogenaamd Load Port-module opent de FOUP en scant de inhoud. Het systeem herkent het aantal wafers en hun exacte positie. Zo krijgt de systeembesturing de informatie over het aantal wafers dat moet worden verwerkt. Het kernpunt van de besturing is de slimme, zelfoptimaliserende planning. Nadat de operator de opdracht en recepten heeft ingevoerd, bepaalt de besturing zelfstandig het optimale tijdmanagement voor de complexe taken, zonder tussenkomst van de bediener.

Hiermee is de start gegeven en slaat de klok voor de Stäubli TX60L cr. De robot haalt de wafer uit de cassette en rijdt over een centratie- en positioneerstation. Hier wordt met beeldverwerking de exacte ligging van de wafer in de grijper vastgesteld. De beeldverwerking geeft nu de vastgestelde afwijkingscoördinaten door aan de robotbesturing, zodat de robot de wafer precies kan centreren en in het toegewezen module kan plaatsen. Het inleggen en ophalen van wafers bij alle vier procesmodules van de installatie is uiteraard ook de taak van de robot, net als het terugplaatsen van de voltooide wafer in de FOUP.

Positioneringsnauwkeurigheid van +- 50 micrometer

?Bij het plaatsen van wafers in de procesmodules is precisie van de robot vereist. Met de hoogprecisie Stäubli TX60L kunnen wij ons geformuleerde doel, een absolute positioneringsnauwkeurigheid van +/- 50 micrometer in de module, in de praktijk brengen?, aldus Stefan Lutter. Dit is mede te danken aan de gepatenteerde JCM-aandrijvingstechniek van de Stäubli-robots. De hoge baanprecisie van de robot komt ook tot uiting bij het ophalen of plaatsen van wafers in cassettes en modules. Zonder te trillen handelt de robot de kostbare wafers met voorbeeldige veiligheid af. Waferbreuk is daarmee uitgesloten.

De cyclustijden op de installatie variëren sterk, afhankelijk van de opdracht. Bij bepaalde recepten en sequenties zijn de modules de beperkende factor, bij andere taken is de robot de bepalende factor voor de cyclustijd. ?In beide gevallen profiteren wij van de ultrasnelle cyclustijden van de Stäubli-robot, die ondanks de hoge acceleratiewaarden nauwkeurig werkt en beschadiging van wafers veilig voorkomt?, aldus Rainer Targus.

Dat bij de innovatieve ACS300 Gen2 clustersystemen van SÜSS MicroTec tegenwoordig uitsluitend zesassige robots van Stäubli worden ingezet, is allesbehalve toeval: ?We hebben robots van verschillende fabrikanten nauwkeurig onderzocht en vergeleken. Om de optimale combinatie van bereik, snelheid, positioneringsnauwkeurigheid en veilig handling te bereiken, komt voor ons alleen de beste robot voor deze toepassing in aanmerking. Daarom kiezen wij voor Stäubli?, aldus Stefan Lutter.

Tekst en foto’s: Dipl.-Ing. Ralf Högel