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Kollaborative Robotik für die Reticle-Logistik im Reinraum

22. Januar 2025

Digitalisierung

Automatisierung

Die Fotolithografie ist ein zentraler, jedoch äußerst komplexer und hochsensibler Prozessschritt in der Halbleiterfertigung. Kann kollaborative, mobile Robotik auch die hier bestehenden Herausforderungen bewältigen und zugleich Effizienz sowie Sicherheit steigern? Zeit für den Einsatz eines besonderen Helden.

MartinDäumler

Department Manager Product Development & Product Support

Fabmatics

Fotolithografie: Schlüsselprozess der Halbleiterfertigung

Die Fotolithografie ist DER Schlüsselprozess in der modernen Halbleiterfertigung. Dabei wird eine lichtempfindliche Schicht (Fotolack) auf den Wafer aufgetragen, belichtet und entwickelt, um ein Maskenmuster zu erzeugen. Dieses Muster dient als Vorlage für das selektive Ätzen oder Dotieren der darunterliegenden Schichten, wodurch die gewünschten elektronischen Bauelemente auf dem Wafer entstehen.


Herausforderungen der Lithografie: Präzision trifft auf Komplexität

Die für die Fotolithografie verwendeten Maskensätze sind – wie die Lithografie-Tools, auf denen sie eingesetzt werden – sehr kostenintensiv. Dies führt zu einem hohen Investitionsbedarf und komplexen Anforderungen an die Prozessführung. Strategien wie Doppelbelichtung, Maschinendedizierung und verschachtelte Zeitfenster müssen perfekt abgestimmt sein. Moderne Halbleiterprodukte mit bis zu 50 Belichtungsebenen erfordern eine präzise Koordination: Belichtungsanlagen und die benötigten Masken (Reticles) müssen zum richtigen Zeitpunkt zusammengeführt werden.

Eine zentrale Rolle hierfür spielt die Reticle-Logistik, die parallel zur WIP-Logistik (Work in Progress) völlig synchron und stabil funktionieren muss. Der Transport dieser Masken zwischen den zahlreichen Verarbeitungsschritten erfolgt dabei in sogenannten „Reticle-Pods“. Leerstand oder Wartezeiten an den Lithografie-Tools sind inakzeptabel. Der teuerste Bereich der Fabrik muss ohne Unterbrechungen und Fehler laufen und dabei maximalen Durchsatz erreichen.

Herausforderungen im Fabrikalltag: Ergonomie und Effizienz

Der Alltag in der Fab birgt jedoch zahlreiche Herausforderungen. Neben hohen Durchsatzvorgaben, die schnelle und präzise Werkstück- und Werkzeugwechsel erfordern, gibt es oft einen Mangel an Puffern an den Anlagen (sowohl am Loadport als auch in der Maskenbibliothek). Häufig sind es aber auch scheinbar triviale Dinge, die Hindernisse darstellen. Beispielsweise sind die Reticle-Loadports an den Anlagen oft ergonomisch ungünstig - bspw. in oder über Kopfhöhe des Operators - angeordnet. Es ist verständlich, dass ein Anlagenführer, der mitsamt dem Reticle-Pod mühsam über Treppen, Leitern oder Tritte, teils mit Fallschutz ausgerüstet, den jeweiligen Loadport erreicht, nicht primär an Produktionsoptimierung denkt. Fatal, wenn man bedenkt, dass in einem Multi-Reticle-Pod (MRP) ca. 5-6 Reticles enthalten sind, die jeweils ca. 100.000 Euro wert sind. Ein Unfall könnte somit, neben dem persönlichen Schaden, immense finanzielle Folgen haben.

Ein kollaborativer Held wird gebraucht - Einsatz von Mobiler Robotik in der Reticle-Logistik

In dieser Umgebung, in der Ausfälle und Wartezeiten nicht toleriert werden können, birgt die Automatisierung des Reticle Handlings und Transports ein hohes Optimierungspotential. Fabmatics hat für diese Anwendung den mobilen Roboter HERO Scout entwickelt. Er stellt die kontinuierliche, planungsgenaue und fehlerfreie Belieferung der Belichtungsanlagen sicher und hilft dabei, die Maschineneffizienz (Overall Equipment Efficiency – OEE) zu optimieren.

Der HERO Scout kombiniert die Vielseitigkeit eines kollaborativen Roboters (Cobot) mit fortschrittlicher 3D-Kameratechnologie, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Mit seinem integrierten, sensitiven 6-Achsen-Cobot-Arm ermöglicht er eine präzise Handhabung der Reticle Pods, während er mittels 3D-Kameras seinen Fahrweg überwacht und Hindernisse zuverlässig erkennt und selbstständig umgeht. Die Kombination aus präziser Steuerung und sicherer Navigation macht ihn zur optimalen Lösung für Reinraumumgebungen.

  • Hohe Reichweite: Der integrierte 6-Achsen-Cobot ermöglicht präzises Laden und Entladen von Reticle Pods, selbst bei Höhen von bis zu 1,70 m. Dadurch werden ergonomisch ungünstige Prozesse für den Operator reduziert.

  • Fortschrittliche 3D-Kameratechnologie: Hindernisse werden sicher erkannt und umgangen, wodurch eine reibungslose Navigation in engen Reinraumgängen gewährleistet ist.

  • Kompaktes Design: Mit einer Grundfläche von nur 660 x 580 mm ist der HERO Scout optimal für begrenzte Platzverhältnisse geeignet.

Die Integration des HERO Scout in Reinraumumgebungen bietet zahlreiche Vorteile:

  1. Höhere Sicherheit: Die 360°-Überwachung durch ein umfassendes Sensorarray gewährleistet sichere Mensch-Maschine-Interaktionen. Sein sensibler Cobot-Arm und die Fail Safe over EtherCAT-Technologie (FsoE) erhöhen die Sicherheit, indem sie z.B. die Reaktionszeiten für Not-Aus-Befehle und andere Sicherheitsvorkehrungen verkürzen.

  2. Effizienzsteigerung: Die automatischen Gripper- und Teachingfunktionen minimieren Stillstandszeiten und beschleunigen die Einführung neuer Prozesse.

  3. Kontinuierlicher Betrieb: Der mobile Roboter arbeitet rund um die Uhr (24/7) und nutzt induktives Laden während der Fahrt, um maximale Verfügbarkeit zu gewährleisten.

Smarte Automatisierung mit Cobots im Reinraum

Die kontinuierliche Weiterentwicklung in der Robotik ermöglicht es, spezifische Anforderungen der Halbleiterfertigung immer besser zu erfüllen. Auch in sehr speziellen und herausfordernden Szenarien, wie im hochsensiblen Lithografie-Bereich einer Chipfabrik, liefert der Einsatz mobiler und kollaborativer Robotik optimale Ergebnisse. Dabei spielt die sichere Zusammenarbeit von Mensch und Maschine in einer zunehmend automatisierten Produktion eine herausragende Rolle.

Mit dem HERO Scout bietet Fabmatics eine praxisorientierte und sichere Automatisierungslösung für sensible Reinraumumgebungen. Dank seines kompakten Designs und dem Einsatz innovativer, kollaborativer Technologien erledigt er verlässlich alltägliche Prozessaufgaben in Zusammenarbeit mit seinen menschlichen Kollegen und hält so den Materialfluss innerhalb der Produktion optimal in Bewegung. Ein Held im Reinraum eben.  

Mehr erfahren: https://www.fabmatics.com/de/lp/hero-scout/

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LuisaGöhler

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