Cobots: innovatieve waferbehandeling in cleanrooms

Cobots vinden hun weg naar de cleanrooms van de elektronica-industrie. Bij de waferbehandeling overtuigen ze onze klanten door hun betrouwbaarheid en het voldoen aan de hoogste kwaliteits- en veiligheidsstandaards. Cobots tillen de automatisering in cleanrooms naar een geheel nieuw niveau.

Bij de KUKA klant Infineon zorgen 17 gevoelige waferbehandelingrobots voor uiterste effici?ntie en veiligheid

Nee, siliciumwafers zijn niet eenvoudig in de omgang: met tot 40 micrometer zijn vele siliciumwafers dunner dan een haar. Toch hebben ze een diameter van 150 tot 300 millimeter – bijna zo groot als een pizza. Een uiterst breekbaar materiaal dathet praktisch onmogelijk maakt voor mensen om vast te houden zonder te breken. Om van deze gevoelige siliciumwafers, die samen per cassette de waarde van een middelklasse auto hebben, chips te kunnen maken, doorlopen ze bij de productie tot wel 1.200 processtappen. Hierbij worden ze steeds weer naar een ander, geautomatiseerd bewerkingsstation getransporteerd. Een ideale job dus voor de LBR iiwa CR. In de Infineon vestiging in Villach, Oostenrijk, worden dergelijke vermogenshalfgeleiders geproduceerd. Deze worden bijvoorbeeld gebruikt in auto's, smartphones, koelkasten of in serverfarms en aandrijfeenheden van locomotieven.

De gevoelige siliciumwafers kunnen samen per cassette de waarde van een middenklasse auto hebben.

De productie-omstandigheden zijn schoner dan in een operatiekamer

In hal 17 van de vestiging in Villach produceert Infineon chips in een cleanroomomgeving van categorie 1. Met betrekking tot de eisen aan de productie betekent dat: in 28 liter mag zich niet meer dan een enkel stofdeeltje bevinden. Dit is aanzienlijk minder dan in een operatiezaal is toegestaan. Voor de medewerkers betekent dit dat de toegang tot de productie alleen mag plaatsvinden in speciale, smetteloos witte en volledige lichaamsbeschermende pakken en via een speciale luchtsluis. Huid en haren moeten volledig bedekt zijn zodat geen enkel deeltje van buiten de ruimte in kan. Laptops en andere technische apparaten moeten vooraf minutieus worden gereinigd.

Bij Infineon in Villach worden 17 cleanroomrobots van het type LBR iiwa CR ingezet.

Cleanroomrobots zorgen voor een ongevaarlijke samenwerking bij waferbehandeling

?Met deze uiterst gevoelige productieomstandigheden voor onze wafers moeten we heel goed nadenken over welke transporttechnologie we hier gebruiken“, aldus Martin Moser, teamleider automatisering bij de afdeling AMHS (Automated Material Handling System) van Infineon Technologies Austria in Villach. ?Nadat voorheen voor de waferbehandeling verschillende mobiele eenheden en ook steeds weer mensen werden ingezet, geloven we nu voor de automatisering uitsluitend in robots die extreem compact, gevoelig en ongevaarlijk zijn voor de samenwerking van mens en machine. En dat geheel zonder veiligheidshek.

De gevoelige LBR iiwa CR heeft voor de waferbehandeling geen veiligheidshek nodig.

Samen met systeem partners een oplossing uitwerken

?Daarom kozen wij resoluut voor KUKA“, vertelt de ontwikkelingsingenieur. Het aanpassen van deze robot aan de zeer speciale eisen van waferbehandeling conform ISO3 was een zeer intensief leerproces waarbij de automatiseringsexperts van Infineon optimaal met hun systeempartners hebben samengewerkt. Naast KUKA waren er ook experts van Mechatronic Systemtechnik GmbH voor de montage, bekabeling en opstelling in de productie, en programmeurs van Micado Automation GmbH voor de installatiebesturing.

?We hadden nog geen voorbeelden van robots voor de waferproductie. Samen hebben we de systemen exact aan onze behoeften aangepast. Dit was echt baanbrekend. Voor ons en voor KUKA“, aldus Moser. Een van de opdrachten was om de lichtgewichtsrobots compatibel voor cleanrooms te maken. Ook voor de KUKA-robots was dat nog ‘onbekend terrein’. ?De constructieve, oplossingsgeori?nteerde samenwerking heeft ertoe bijgedragen dat wij nu een ideale transportoplossing voor de geautomatiseerde chipproductie hebben“, licht Moser toe.

Lisa Ebner heeft de integratie van de cleanroomrobots voor het geautomatiseerde productieproces van begin af aan begeleid.

Perfecte reikwijdte voor de millimeter exacte taken bij de waferbehandeling

Momenteel voeren maar liefst 17 LBR iiwa CR-robots robots in meerdere ruimtes hun taken rond de klok uit, 365 dagen per jaar. ?Ze zijn extreem compact, beweeglijk, kunnen tot 14 kilogram last dragen, werken trillingsvrij en voeren met hun grijper millimeter precieze taken uit in de allerkleinste ruimtes“, licht Moser de voordelen van de cleanroomrobots toe. In het bijzonder de extra zevende as met bijbehorend bereik maakt het mogelijk om gevoelige en haakse bewegingen uit te voeren die niet mogelijk zijn met ‘conventionele’ 6-assige robots.

Op de millimeter nauwkeurig legt de KUKA robot de siliciumwafer in de bewerkingskamer.

De perfectie bij millimeter taken is uitmuntend

Zo transporteren de cleanroomrobots rustig zoemend zwarte cassettes vol waardevolle siliciumwafers naar de afzonderlijke bewerkingsstappen, brengen ze millimeter precisie in de bewerkingskamers en pakken de wafers daarna weer op. „Van het begin af aan wilden we een op maat gemaakte oplossing voor onze productie in Villach. Iets anders was voor ons uitgesloten“, aldus Martin Moser. „De integratie van de systemen hebben we daarom zelf uitgevoerd. Hierbij was de directe samenwerking met de KUKA-ontwikkelaars heel belangrijk – vooral met betrekking tot de inrichting van het totale systeem en hoe het systeem daarna verder zelf ‘leert’.“

De cleanroomrobots transporteren zwarte cassettes vol met siliciumwafers naar de afzonderlijke bewerkingsstappen.

De juiste balans tussen het mogelijke en de eisen aan de productie van microchips

In het team van Martin Moser heeft Lisa Ebner de integratie van de cleanroomrobots voor het geautomatiseerde productieproces van begin af aan begeleid. Lisa Ebner is een echte fan van de cleanroomrobots: ?Toen ik de LBR iiwa CR voor het eerst zag, was ik meteen gefascineerd: die zachte, vloeiende bewegingen van de robot, daar kan ik urenlang naar kijken.“ De automatiseringsexperte is voortdurend in de productiegangen te vinden. Ze controleert op de centrale bediening de systemen en zoekt steeds naar verdere mogelijkheden om de productie te perfectioneren. ?Bij de optimalisering moeten we de juiste balans vinden tussen wat technisch-fysisch mogelijk is en wat voor onze productie zinvol is. We moeten steeds de verhouding vinden die voor een rendabele productie optimaal is.“

Voor een rendabele productie moet Infineon altijd de juiste verhouding vinden tussen wat mogelijk is en wat zinvol is.

Een grote knowhow voorsprong voor de toekomst van de halfgeleiderproductie

„Alles wat we nu leren, helpt ons ook later verder. Naar het volgende, hogere niveau van automatisering voor halfgeleiderproductie“, zegt Bernd Steiner, productieleider bij Infineon Austria in Villach. 1,6 miljard euro investeert de onderneming in zijn vestiging in Villach. Vanaf eind 2021 moeten hier volledig automatisch halfgeleiders worden geproduceerd. „Ons doel is het om in de Smart Factory de productie exact daarheen te brengen, waar deze gevraagd is“, zegt Steiner.

Voor de energiebesparende chips van morgen, bedoeld voor vele dagelijkse toepassingen zoals smartphones, huishoudelijke apparaten en auto's, maar ook dataservers, medische apparatuur, zonne-energie en industriële installaties. Voor een eenvoudigere, veiligere en milieuvriendelijke wereld.

Bernd Steiner, productieleider bij Infineon Austria in Villach