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Die Bereiche Robotik und Halbleiterfertigung entwickeln sich gleichzeitig rasant weiter. In diesem Artikel werden die Vorteile des Einsatzes von Robotern in der Halbleiterfertigung sowie die Vorteile und Herausforderungen, die mit ihrem Einsatz verbunden sind, erörtert.
Bildnachweis: Wichy/Shutterstock.com
Mit der zunehmenden Verbreitung von Robotern in der industriellen Automatisierung und Fertigung ist ihr potenzieller Einsatz in der globalen Halbleiterindustrie auf großes Interesse gestoßen.
Die Herstellung von Halbleitern ist ein komplizierter Prozess. Robotersysteme sind neben anderen Technologien entscheidend für die automatisierte Halbleiterproduktion. Aufgrund komplexer Baugruppen und kleiner Teile wie Wafer und Chips entwerfen die Hersteller flexible Roboter, die für empfindliche Halbleiterfertigungsprozesse geeignet sind.
Der Einsatz von Robotern zur Handhabung mikroskopisch kleiner Teile ist für die Halbleiterhersteller bei der Einführung der Mikro- und Nanotechnologie unerlässlich geworden. Auch das schnelle Bewegen von Siliziumscheiben, ohne sie zu beschädigen, ist ein kritisches Problem für diese Maschinen bei der Halbleiterherstellung.
Diese Aufgaben werden mit variablen Wafergrößen immer komplexer. Um eine Beschädigung dieser empfindlichen Komponenten zu vermeiden, werden bei der Handhabung fortschrittliche, saubere Roboter eingesetzt
Warum werden Roboter in der Halbleiterindustrie eingesetzt?
Die Herstellung von Halbleitern erfordert ein hohes Maß an Reinheit und Sauberkeit in der Produktionsumgebung. Roboterhersteller spielen eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung dieser Anforderungen und tragen dazu bei, einen sicheren, verunreinigungsfreien Arbeitsablauf zu gewährleisten.
Für hochsensible Anwendungen bieten diese Systeme eine ultrahochleistungsfähige Reihe von Reinraum-Roboterarmen. Solche Anlagen können Kassetten, Silizium-Wafer, Fotomasken und Platten in allen Halbleiter-Wertschöpfungsketten mit gleichmäßigen Bahnen, hoher Geschwindigkeit und außergewöhnlicher Genauigkeit manipulieren.
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Die Konstruktion dieser Roboter hängt von der Aufgabe ab, die sie erfüllen sollen. Da die Handhabung von Halbleitern ein sehr heikler Prozess ist, muss jede Systemkomponente, die direkt an der Handhabung dieser Halbleiter beteiligt ist, kritisch bewertet werden, um präzise Bewegungen zu gewährleisten.
Anstatt ein einziges System für alle Aufgaben zu haben, werden beispielsweise spezielle Roboter für die Handhabung von Inspektions- und Reinigungsaufgaben gebaut, während andere für Front-End-Aufgaben wie die Waferfertigung konzipiert sind.
Saubere Halbleiterfertigung
Die Roboterhersteller haben die Halbleiterindustrie revolutioniert. Der technologische Fortschritt, der mit Hilfe dieser Systeme erreicht wurde, hat dazu beigetragen, die Halbleiterherstellung zu katalysieren.
Die neuesten Roboter bieten Zuverlässigkeit, Flexibilität und Hochgeschwindigkeitshandhabung von Wafern oder Kassetten für Front-End-Halbleiterfertigungsprozesse wie Reinigung, Lithografie, Ätzen und Polieren. Ebenso übernehmen sie Back-End-Aufgaben wie Prüfung, Verpackung und Montage.
Eine gemeinsame strukturelle Komponente von Robotern mit Armen ist, dass sie mit glänzenden Polyurethanoberflächen bedeckt sind. Um den Anforderungen von Reinräumen gerecht zu werden, müssen moderne Konstruktionen die ISO-Normen erfüllen, einschließlich ISO 14644-1 Klasse 2/3.
Mehrere Unternehmen bieten fortschrittliche Roboter für die Reinhaltung der Halbleiterfertigung an, darunter Mitsubishi, KUKA, Kawasaki und viele andere.
Kawasaki hat zwei Serien sauberer Roboter eingeführt, darunter die NTS-Serie und die TTS-Serie. Diese hochpräzisen Systeme arbeiten mit fortschrittlichen Antriebssystemen sehr reibungslos. Zusätzlich zur hohen Präzision verfügt die TTS-Serie über einen starren Teleskopmechanismus, der eine Hochgeschwindigkeitshandhabung sowohl in niedrigen als auch in hohen Positionen ermöglicht.
Sowohl die NTS- als auch die TTS-Serie können auf zwei bzw. drei FOUPs des EFEM ohne Gleis zugreifen. Die NTS-Serie umfasst zwei Arten von Robotern, nämlich NTS10 mit einem Freiheitsgrad von vier Achsen und NTS20 mit einem Freiheitsgrad von fünf Achsen. Die TTS-Serie umfasst den TTS10 mit einem Freiheitsgrad von vier Achsen und den TTS20 mit einem Freiheitsgrad von fünf Achsen. Sie entsprechen den Normen SEMI-F47 und SEMI-S2.
Herausforderungen für die Halbleiterfertigung
In der Halbleiterindustrie schreitet die Technologie in rasantem Tempo voran. Um mit diesen Innovationen Schritt zu halten, steht die Robotikindustrie vor der großen Herausforderung, sich gleichzeitig weiterzuentwickeln.
Obwohl Bereiche wie Soft-Robotik, Mikro- und Nanorobotik, künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen die Entwicklung dieses Sektors vorangetrieben haben, gibt es immer noch Raum für Verbesserungen, was die Anwendungen in der Halbleiterfertigung betrifft.
So gibt es beispielsweise noch Raum für Verbesserungen bei vollautomatischen Robotern durch KI und maschinelles Lernen, um die manuelle Arbeit zu reduzieren, was letztendlich dazu beitragen wird, die Umwelt sauberer zu halten. Außerdem werden dadurch auch die Kosten für die Einstellung von Fachkräften zur Bedienung dieser Maschinen gesenkt.
Die Inspektion und Prüfung von Halbleitern mit bildverarbeitungsfähigen Robotern ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass sie ihre Aufgaben korrekt ausführen. In der Halbleiterproduktion sind die Kunstinspektion und -prüfung kritische Aufgaben.
Da bei der Halbleiterproduktion zahlreiche kleine und zerbrechliche Teile verwendet werden, sind Kameras mit höherer Auflösung erforderlich. Nur hochauflösende Kameras sind in der Lage, diese Teile zu lokalisieren und zu inspizieren.
Halbleiterhersteller können intelligente Systeme mit einem Bildverarbeitungssystem einsetzen, um harte Automatisierung und Werkzeuge zu eliminieren, die früher für die Herstellung von Halbleitern notwendig waren. Roboter werden in der Halbleiterproduktion eine größere Rolle spielen, da sie immer intelligenter, genauer und schneller werden. Diese Anpassung ist wertvoll, da sie eine höhere Produktion zu geringeren Kosten ermöglicht.