Die in Deutschland ansässige Holding Innolas stattet mit ihren vier Schwesterfirmen Kunden in aller Welt mit Lasertechnologie für industrielle und wissenschaftliche Anwendungen aus. Der Bereich Innolas Semiconductor hat sich speziell auf Wafermarkier- und Wafersortierlösungen für die Halbleiterindustrie spezialisiert. Seit über 20 Jahren sind kundenspezifische Lösungen das  Kerngeschäft der 25 Mitarbeiter zählenden Gesellschaft.

„Unsere Kunden bekommen die Maschinen schon reinraumtauglich in ihre Produktionsräume geliefert“, beschreibt Thomas Rölz vom Vertrieb ein Alleinstellungsmerkmal des Unternehmens mit Sitz in Krailing. Unter den Referenzen befinden sich zahlreiche ‚global player‘ der Wafer- und Chipindustrie. Rund 20 bis 30 Sondermaschinen verlassen im Jahr das Haus, rund die Hälfte davon geht nach Asien und in die USA. Entwicklungsleiter Sven Wollstadt fügt hinzu: „Dass wir seit 2001 auch Wafersortiersysteme herstellen, haben wir unseren Kunden zu verdanken. Ursprünglich hatten wir nur die Lasermarkierer im Programm, bis ein Anwender auf uns zukam. Er war der Meinung, dass wir mit unserer Technik auch die Sortierer herstellen könnten.“ Solch eine Wafersortier- oder auch Wafertransfermaschine ist die ‚IL C3800‘, die nun erstmals mit mechatronischen Greifern beziehungsweise Schwenkeinheiten ausgestattet ist.

Haben die Lösung gemeinsam auf den Weg gebracht: Sven Wollstadt, Entwicklungsleiter von Innolas Semiconductor (rechts), und Harry Kern, Technischer Berater bei Gimatic.

© Gimatic

In einem modularen Wafer-Bearbeitungssystem befinden sich zwischen den einzelnen Stationen Transportsysteme, die die Wafer von einer zur anderen Station transportieren. Da hier absolute Reinraumbedingungen herrschen, muss dieses Handling vollautomatisiert erfolgen. Es ist außerdem darauf zu achten, weder die Vorder- noch die Rückseite des Wafers mit dem Roboter zu berühren, um Verunreinigungen zu verhindern.

Das IL C3800 hat die Aufgabe, eine reinraumtaugliche FOUP-Kunststoffbox (Front open unit pott) automatisiert zu öffnen, die enthaltenen Wafer zu entnehmen, umzudrehen, auszurichten und der nachfolgenden Bearbeitungseinheit zu übergeben. Ein Dreiachsroboter holt die Wafer aus der Ladestation und legt sie sehr schnell und präzise auf den sogenannten Flipper (Wendestation). Zwei Greifer des Herstellers Gimatic nehmen dabei den Wafer entgegen. Die Schwenkeinheit wendet diesen mit der falschen Seite ankommenden Wafer absolut synchron. Schließlich legen die Greifer den Wafer auf den sogenannten Aligner, wo er für den Weitertransport ausgerichtet wird. Hier liest eine bildgebende Kamera den Barcode des Wafers. Die Transfermaschine übergibt die im Barcode enthaltene Information sowie die exakte Lage des Wafers schließlich via Ethernet der folgenden Bearbeitungsstation, welche daraufhin vollautomatisch den korrekten Prozess am richtigen Ort ausführt.

200 Wafer pro Stunde

Ein Präzisionszahnriemen-Antrieb sorgt für den absolut synchronen Lauf der Greifer.

© Gimatic

„Mit dieser Automatisierung spart sich der Anwender den aufwendigen Transportprozess und kann sich seiner Kernaufgabe wie beispielsweise dem Laser-Ablatieren von Schichten widmen“, erklärt Thomas Rölz die Notwendigkeit für die Investition einer Maschine, deren Komplexität erst bei genauerem Hinsehen deutlich wird. Dass sie aber für die Reinraumklasse 1 zugelassen etwa 200 Wafer pro Stunde dem Prozess vollautomatisiert zufügt, rechtfertige die Investition.

In der Wendestation kommen konkret zwei Gimatic-Greifer vom Typ MPPM 1606 und eine Schwenkeinheit vom Typ MRE 25180 erstmals zum Einsatz. „Wir wollten weg von der Pneumatik, weil sie in unseren Vorgängermaschinen zu viel Abrieb erzeugte, zu groß baute, zu aufwendig in der Umsetzung war und die Wafer nicht sanft genug handhaben konnte“, begründet Entwicklungsleiter Wollstadt die Umstellung von Pneumatik auf Mechatronik. Insbesondere der durch die Pneumatik verursachte Abrieb war hier nicht mehr annehmbar, weil die Laser-Beschriftung im Mikrometerbereich absolut partikelfrei sein muss.

Das Hechinger Unternehmen Gimatic konnte gleich beide für Innolas wichtigen Merkmale mit seinen Komponenten umsetzen – sowohl die Rotation als auch eine sehr kompakte Bauweise. Auch die Tatsache, dass die ­besagten Greifer über eine Greifkraftsicherung selbst im unbestromten Zustand verfügen, war ein ausschlaggebendes Kriterium für deren Verwendung. „Dass der Greifer in dem Zustand bleibt, den er zuletzt hatte, auch wenn die Maschine ausfällt, ist ein ganz wichtiger Punkt“, betont Sven Wollstadt. Insbesondere sei das bei den undefinierten Zuständen der Schwenkeinheit wichtig. Dass sich durch die energieeffiziente Arbeitsweise der Komponenten auch die einzelnen Schritte der EU-Energieeffizienz-Richtlinie zur Reduzierung des Primärenergieverbrauchs um 20 % bis 2020 ein­halten lassen, sei mit der Methodik selbstverständlich: einmal Strom drauf – Endlage – fertig.

„Mit diesem Flipper und der autarken parallelen Arbeitsweise sind wir Vorreiter“, ist der Innolas-Entwicklungsleiter überzeugt. Bei herkömmlichen Systemen transportiert und wendet der Roboter den Wafer nacheinander.