Saubere Sache: robotergestützte Wafer-Lagerung

Hohe Stelldichte: Der CubeStocker bietet Platz für 200 Waferbehälter.

Die typische Strukturgröße von Halbleitern auf einem Wafer bemisst sich in Nanometern. Da ist es naheliegend, dass jeder noch so kleine Fremdpartikel die Funktion des Mikrochips beeinträchtigen kann. Deshalb findet die Produktion, die über 100 Einzelschritte umfasst, im Reinraum statt. Und wenn Wafer zwischengelagert werden müssen, kann das in einer CubeStocker-Anlage von Fabmatics geschehen – natürlich ebenfalls unter Reinraumbedingungen. Hier übernimmt ein Stäubli TX2-90XL in Super Cleanroom-Ausführung auf einem Zweiachsportal die Ein- und Auslagerung – ganz sauber und mit höchster Laufruhe. Mit den Reinheitsanforderungen in der Halbleiterproduktion ist Fabmatics bestens vertraut. Das Automatisierungsunternehmen aus Dresden hat sich auf den Transport, die Lagerung und das Handling der hochempfindlichen Siliziumscheiben in der Halbleiterproduktion spezialisiert. Dabei geht es in erster Linie um Präzision, Partikelfreiheit – und um 100 Prozent Sicherheit. Diese Maximen waren auch bei der Entwicklung der neuen Lagerlösung CubeStocker oberstes Gebot.

Dank des Zweiachs-Portals des CubeStockers kann der Roboter alle Lagerplätze problemlos anfahren.

Martin Däumler
Leiter der Produktentwicklung bei Fabmatics

„Wafer sind bruchempfindlich und teuer. Deshalb müssen ein gefahrloses und vibrationsfreies Handling sowie ein präzises Positionieren im Sub-Millimeter-Bereich unter allen Umständen sichergestellt sein.
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Zwischenpuffer oder Lagersystem für Test-Wafer

Beim CubeStocker handelt es sich um ein voll automatisiertes Lagersystem für Wafer-Transportbehälter, die sogenannten Carrier. In jedem Carrier werden 25 Wafer durch die Fabrik transportiert. Ein CubeStocker fasst 200 Carrier. Über ein Transportsystem an der Reinraumdecke erfolgt die automatische Zuführung der Behälter in den Stocker und aus ihm heraus. Je nach Anwendung wird die Zelle als Zwischenpuffer in der Produktion genutzt oder aber als Magazin für die Test-Wafer, mit denen die Anlagen in der Halbleiterfertigung immer wieder vermessen, getestet, justiert und kalibriert werden. Die Besonderheit dabei: Innerhalb des CubeStockers wird eine eigene ISO 3-Reinraumatmosphäre geschaffen. Die Wafer werden somit vor dem nächsten Bearbeitungsschritt oder beim Warten auf den nächsten Testzyklus absolut sauber zwischengelagert, ohne dass das Risiko einer Kontamination besteht.

Außenansicht der neuen platzsparenden Fabmatics-Lagerlösung CubeStocker.

Supercleaner Roboter mit zwei Zusatzachsen

Das Handling der Wafer-Carrier übernimmt ein sechsachsiger Reinraumroboter von Stäubli. Damit der Roboter auf alle Positionen zugreifen kann, ist er auf einem stabilen Zweiachsportal montiert. Durch die zusätzlichen Achsen kann er sowohl bodentief einlagern als auch bis zur Förderebene oberhalb der Lagerplätze hinaufreichen. Diese platzsparende Lösung ermöglicht es dem Präzisionsroboter, die Carrier vom Transportsystem abzuholen und ein- beziehungsweise wieder auszulagern. Die Konstrukteure von Fabmatics entschieden sich für einen Stäubli TX2-90XL mit 1.450 mm Reichweite in Super Cleanroom (SCR)-Ausführung, der für den Einsatz in Reinräumen bis Reinraumklasse ISO 2 qualifiziert ist.

Neben der Super Cleanroom-Variante, die in dieser Ausführung nur Stäubli anbietet, gab es einen weiteren Grund für diese Entscheidung: die extreme Laufruhe der Stäubli-Roboter, die vorrangig aus der hochpräzisen Antriebstechnik aus eigener Fertigung resultiert, zu der aber auch die überlegene Performance der Stäubli-Robotersteuerung CS9 beiträgt. Warum diese enormen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Roboter? Martin Däumler, Leiter der Produktentwicklung bei Fabmatics, meint hierzu: „Ganz einfach. Wafer sind bruchempfindlich und der Wert der 25 Wafer in einem Carrier liegt zwischen 100.000 Euro und den Kosten eines Einfamilienhauses. Deshalb müssen ein gefahrloses und vibrationsfreies Handling sowie ein präzises Positionieren im Sub-Millimeter-Bereich unter allen Umständen sichergestellt sein.“ Dass Stäubli-Roboter dieses Anforderungsprofil erfüllen, wissen die Entscheider von Fabmatics. Geschäftsführer Dr. Roland Giesen erklärt: „Wir nutzen Roboter von Stäubli auch in vielen anderen Automatisierungslösungen. Sie entsprechen im höchsten Maße unseren Anforderungen an Reinheit, Zuverlässigkeit und Präzision und genießen bei unseren Kunden hohe Akzeptanz. Deshalb haben wir uns auch beim CubeStocker für einen leistungsfähigen Super Cleanroom-Roboter von Stäubli entschieden. Darüber hinaus schätzen wir die partnerschaftliche, vertrauensvolle und professionelle Zusammenarbeit, die mittlerweile schon Jahrzehnte andauert und unser Wachstum begleitet.“

Erfolgreicher Start, Ausbau zur Produktfamilie

Mit dem CubeStocker hat Fabmatics einen neuen Anlagentyp entwickelt, der vom Start weg erfolgreich ist. Martin Däumler fährt fort: „Die Kombination von kompaktem Bauraum, guter Integration in die Prozesse und ´eingebauter´ Reinraumatmosphäre ist einzigartig. Wir haben schon einige Geräte gefertigt, ein Halbleiterhersteller hat direkt mehrere bestellt.“ Und die Entwicklung geht weiter in Richtung Produktfamilie: „Aktuell arbeiten wir an einem ´Test Wafer Center´. Der CubeStocker wird dabei um einen Bereich für das Einzel-Wafer-Handling ergänzt. So kann sich der Anwender sein Wafer-Set für Testzyklen zusammenstellen – voll automatisiert, hochpräzise und unter Reinraumbedingungen.“ Selbstverständlich übernimmt auch hier ein TX2-90XL in Super Cleanroom-Ausführung das Carrier-Handling.

Infos zum Anwender

Die Fabmatics GmbH aus Dresden ist ein erfahrener Spezialist für die Automatisierung von Materialflüssen und Handlingprozessen in der Halbleiterindustrie und anderen hochtechnisierten Produktionsumgebungen. 1991 gegründet, realisiert das Unternehmen mit seinen rund 250 Beschäftigten seit über 30 Jahren erfolgreich kundenspezifische Automatisierungsprojekte in der Halbleiterindustrie. Ergänzt wird das Angebot durch Beratungs- und Entwicklungsleistungen aus der eigenen FuE-Abteilung.