Zukunft der Lithografie-Logistik: HERO Scout im Realtest

AIMS 5.0: KI gestützte Automatisierung für die Industrie 5.0 Fabrik

Das EU‑Forschungsprojekt AIMS 5.0 (Artificial Intelligence in Manufacturing leading to Sustainability and Industry 5.0) zählt zu den zentralen europäischen Initiativen, um die digitale Souveränität in der Halbleiterfertigung zu stärken. 53 Partner aus 12 Ländern entwickeln zwischen 2023 und 2026 neue KI‑fähige Komponenten, Softwareplattformen und Automatisierungslösungen für eine produktive, resiliente und nachhaltige Industrieproduktion.

Koordiniert wird das Projekt von Infineon Technologies, unter anderem mit einem starken Standortbeitrag aus Dresden. In mehreren Use Cases werden Technologien direkt in realen Fabrikumgebungen qualifiziert – von KI‑gestützter Prozessoptimierung bis zur autonomen Logistik im Reinraum. Fabmatics ist in den Themengebieten „Smart Transport & Storage Concepts for Future AI-based Automation Systems“ und „AI-based Control & Virtual Commissioning for mobile Systems“ maßgeblich beteiligt: Neben neuen Lagerlösungen wie dem FlatStocker 3.0 und digitalen Zwillingen für Automatisierungssysteme umfasst der Beitrag insbesondere die Entwicklung eines mobilen Robotersystems der neuesten Generation inklusive KI-fähiger Steuerungssoftware und Auto-Teaching für z.B. die Reticlelogistik – der HERO Scout.

Bildquelle: Fabmatics GmbH / Fotograf: Sven Claus

Reticle Logistik als Schlüsselprozess in der Lithografie

Die Lithografie ist einer der kostenintensivsten und taktgebenden Bereiche in der Halbleiterfertigung. Hier werden mittels Fotomasken (Reticles) hochfeine Mikro‑ und Nanostrukturen auf den Wafer projiziert – häufig über mehrere Dutzend Schichten hinweg. Jede Verzögerung oder Fehlversorgung an den Belichtungsanlagen wirkt sich direkt auf Durchsatz, OEE (Overall Equipment Effectiveness) und Ausbeute der gesamten Fertigung aus.

Parallel zur WIP‑Logistik der Wafer muss daher auch die Masken‑Logistik hochgradig stabil und synchron funktionieren. Manuelles Handling von Reticle‑Pods und Waferkassetten birgt Risiken: Fehler, Wartezeiten und ergonomisch ungünstige Arbeitsplätze belasten sowohl Produktivität als auch Personal. Genau hier setzt der Use Case im Rahmen von AIMS 5.0 an: Autonomer, hochpräziser Reticle‑Transport durch einen AMR, der sich flexibel in bestehende Reinrauminfrastrukturen integrieren lässt.

Bildquelle: Fabmatics GmbH / Fotograf: Sven Claus

HERO Scout: Kompakter AMR für präzises Reticle und Waferhandling

Der HERO Scout ist ein speziell für Reinräume der Halbleiterindustrie entwickelter Autonomous Mobile Robot (AMR) mit integriertem 6 Achsen-Cobotarm. Sein Design folgt klaren Anforderungen aus der Praxis – definiert gemeinsam von Infineon Dresden und Fabmatics: hohe Funktionalität, Performance, Wartbarkeit, Kosteneffizienz und maximale Flexibilität im Lithografieumfeld.

Zentrale technische Eigenschaften:

• Kompakter Footprint
  Ultrakleine Grundfläche (ca. 66 × 56 cm) für den Einsatz in engen, verwinkelten Reinraumsegmenten

• Große Reichweite & Nutzlast
  CobotReichweite von rund 200 bis 1.700 mm, ausgelegt für hochgelegene Loadports, mit einer Nutzlast von bis zu 20kg

• Aktiver, kamerageführter Greifer
  Adaptive Greiferbacken für Reticle‑Pods und offene Kassetten, kameraintegrierte Lageerkennung und 6D‑Offset‑Korrektur. Lastträger können sicher gegriffen werden, auch wenn Loadports nachträglich manuell verschoben wurden.

• 3D‑Vision & Sicherheitsfunktionen
  3D‑Kameras erkennen Hindernisse (z. B. Stühle, Tische, Displays, Tastaturen), sowie negative Hindernisse wie fehlende Bodenplatten. Safety‑Funktionen mit sensibler Kollisionsdetektion ermöglichen den sicheren Betrieb in Bereichen mit hohem Personenverkehr.

• Hohe Fahrdynamik mit Vibrationskontrolle
  Fahrgeschwindigkeiten bis zu 1,2 m/s, optimierte Vibrationsdämpfung auch auf perforierten Doppelböden.

• Induktives Laden & Auto‑Teaching
  On‑the‑fly‑Ladung via integrierter Ladespule sowie schnelles Map‑Training und Roadmap‑Einlernen durch SLAM‑basierte Navigation und Auto‑Teaching‑Funktionen.
  

Softwareseitig setzt Fabmatics auf eine neu entwickelte, KI‑fähige lokale Steuerungsarchitektur, die den HERO Scout als intelligente Einheit in der Fab agieren lässt. Parallel wurde der Fabmatics-eigene Flottenmanager um KI‑Fähigkeit erweitert, um perspektivisch eine Flotte von AMRs effizient zu koordinieren – inklusive dynamischer Routenplanung und Auftragsverteilung.

Bildquelle: Fabmatics GmbH

Realtest in der 200 mm Fab von Infineon Dresden

Für die Validierung des HERO Scout wurde der Prototyp in der 200‑mm‑Lithografie-Fertigung von Infineon Dresden unter realen Reinraumbedingungen eingesetzt. Die Tests deckten zentrale Anwendungsszenarien ab:

•             Transport und Handling von Reticle Pods und Waferkassetten

•             Navigation durch enge und komplexe Reinraumumgebungen

•             Interaktion mit dynamischen Hindernissen und Personenverkehr

•             Einsatz in stark begrenzten Raumverhältnissen

•             Bewertung der Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten

Bildquelle: Fabmatics GmbH / Fotograf: Sven Claus


Die Durchführung erfolgte mit Dummy-Material, um reale Bedingungen zu simulieren, ohne den Produktionsbetrieb zu beeinflussen.

Über alle Szenarien hinweg zeigte der HERO Scout eine hohe Zuverlässigkeit in der Navigation, selbst in engen und dynamischen Reinraumbereichen. Sein kamerageführtes Greifsystem erwies sich als robust gegenüber Verschiebungen der Loadports und ermöglichte präzises Handling ohne erneutes Teaching. Zudem bestätigten die Tests eine sichere Interaktion mit dem Umfeld, einschließlich Personenverkehr und variablen Hindernissen. Die Fahrstabilität, insbesondere auf perforierten Doppelböden, erfüllte die Anforderungen, und die Vibrationsmessungen blieben deutlich unter den relevanten Grenzwerten. Zusätzlich wurden gezielt Optimierungspotenziale identifiziert, die in die Weiterentwicklung einfließen, ohne die grundsätzliche Einsatzreife einzuschränken.

Bedeutung für AIMS 5.0 und die Automatisierung in Halbleiterfabriken

Mit dem erfolgreichen Realtest des HERO Scouts bei Infineon Dresden liefert Fabmatics einen konkreten, industrierelevanten Demonstrator innerhalb von AIMS 5.0:

• Automatisierter Reticle‑Transport als kritischer Hebel zur Steigerung der OEE in der Lithografie

• Skalierbare AMR‑Plattform mit KI‑fähiger Steuerungsarchitektur und Flottenoption

• Nahtlose Integration in bestehende Fab‑Layouts – ohne grundlegende Umbauten der Infrastruktur
  

Bildquelle: Fabmatics GmbH


Perspektivisch eröffnet der HERO Scout Halbleiterfabriken die Möglichkeit, die Reticle‑ und Waferlogistik schrittweise von manuellen auf autonome Prozesse umzustellen – bis hin zu komplett digitalisierten, durchgängig automatisierten Materialflüssen. In Verbindung mit weiteren AIMS‑5.0‑Ergebnissen, wie digitalen Zwillingen und KI‑fähiger Flottensteuerung, entsteht so ein wesentlicher Baustein für die intelligente, vernetzte und nachhaltige Fabrik der Zukunft – made in Europe.

Über AIMS5.0:

The AIMS5.0 project is supported by the Chips Joint Undertaking and its members, including the top-up funding by National Funding Authorities from involved countries under grant agreement no. 101112089.

Über Fabmatics:

Die Fabmatics GmbH mit Hauptsitz in Dresden ist ein führender Spezialist für die Automatisierung von Materialflüssen und Handlingsprozessen in der Halbleiterindustrie und anderen hochtechnisierten Produktionsumgebungen. Seit der Gründung im Jahr 1991 realisiert das Unternehmen erfolgreich maßgeschneiderte Automatisierungslösungen und hat sich insbesondere bei der Modernisierung von 200-Millimeter-Fabriken weltweit eine starke Marktposition erarbeitet.

Das Portfolio umfasst ein modular aufgebautes Angebot aus Hard- und Softwarelösungen für Handling-, Transport- und Lagerprozesse sowie Systeme zur Produktidentifikation und -lokalisierung. Dazu zählen unter anderem mobile Roboter, Roboterzellen, Reinraum-Lagersysteme, RFID-Technologien und Purge Systeme, die Effizienz, Geschwindigkeit und Prozesssicherheit in der Produktion steigern. Fabmatics vereint alle Kompetenzen der Materialflussautomatisierung unter Reinraumbedingungen aus einer Hand.

Mit rund 300 Mitarbeitenden sowie einer Tochtergesellschaft in den USA ist Fabmatics weltweit tätig. Seit 2023 gehört das Unternehmen zur SCIO Automation Group, die in acht Ländern tätig ist und intelligente Automatisierungslösungen für führende Industrieunternehmen bereitstellt. Fabmatics ist zudem aktives Mitglied in internationalen und regionalen Branchennetzwerken wie SEMI, Silicon Saxony und dem AND Automation Network Dresden.