Ultraflache Sensoren für die Waferfertigung

Automatisierungsspezialist Fabmatics setzt bei Handlinglösungen für Halbleiterfabriken auf Sensor von Balluff

Bild: Wafer auf Endeffektor. Bildquelle: © Fabmatics GmbH

Branche: Halbleiterindustrie | Kunde: Fabmatics GmbH, Dresden, Germany

Die Fabmatics GmbH mit Hauptsitz in Dresden ist ein erfahrener Spezialist für die Automatisierung von Materialflüssen und Handlingsprozessen in Halbleiterfabriken, Halbleiterprozessanlagen und anderen hochtechnisierten Produktionsumgebungen. 1991 gegründet, realisiert das Unternehmen seit mehr als 30 Jahren erfolgreich kundenspezifische Automatisierungsprojekte in der Halbleiterindustrie. Daraus resultiert eine starke Marktposition vor allem bei der Modernisierung von 200-Millimeter-Halbleiterfabriken weltweit.

Die Situation

Zur Detektion von Substraten in Handlingsystemen für die Halbleiterindustrie müssen in den Endeffektoren meist sehr flache Sensoren verwendet werden, um die Kontur des Endeffektors klein zu halten. In den sogenannten Waferboxen liegen die einzelnen – sehr wertvollen – Wafer nur mit sehr geringem Abstand übereinander. Der real verfügbare Freiraum für den Endeffektor wird zudem noch durch weitere Einflüsse reduziert. Dies verursacht Endeffektor-Geometrien, die teils nur wenige Millimeter dick sind.

Neben der Forderung, möglichst keine Partikel zu generieren, ist es auch notwendig, die Kontaminationen durch Ausgasungen von z.B. Kohlenwasserstoffen aus Kunststoffen zu minimieren.

Die Herausforderung

Die immer weiter fortschreitende Miniaturisierung von Halbleiterbauteilen führt zu stetig wachsenden Anforderungen an die Kontaminationsfreiheit der eingesetzten Materialien. Dies kann nur durch die Wahl geeigneter Werkstoffe erreicht werden. Diese Rahmenbedingungen führen dazu, dass die benötigten Sensoren zur Präsenzerkennung der Substrate eine ultraflache Bauweise aufweisen müssen, ohne jedoch Abstriche an der Zuverlässigkeit oder dem Detektionsvermögen zuzulassen.

Es kommt also ganz Besonders auf die Größe des Sensors und die eingesetzten Materialien an.

Die Lösung

Balluff greift zur Lösung dieser Anforderung auf ein breites Portfolio zurück. Durch die jahrzentelange Erfahrung im Bereich der Sensorik konnte schnell ein passendes System gefunden werden.

Wie wurde es umgesetzt?

Als Alternative zu optischen Sensoren bietet Balluff scheibenförmige, sehr dünne kapazitive Sensoren an. Solche Sensoren bieten den Vorteil, unabhängig von der Oberfläche des zu detektierenden Materials zu sein. Diese kompakte Bauform ermöglicht, den Endeffektor möglichst klein zu konzipieren und somit ein kompaktes und effizientes Materialhandling zu gewährleisten.

Die Herausforderung Kontaminationen durch Ausgasungen zu verhindern, löst Balluff, indem spezielle Materialien wie rostfreier Edelstahl und Teflon®(PTFE) beim Bau dieser Sensoren zum Einsatz kommen. Das garantiert einen Ausgasungsfreien Einsatz und ermöglicht eine reibungslose Produktion.

Welche Vorteile hat die Lösung noch?

In den konkreten Anwendungsfällen sind die Endeffektoren nur 4,5 mm dick, der Sensor BCS00WY selbst nimmt davon lediglich 2,5 mm ein. Fabmatics hat sich für den Sensor von Balluff entschieden, da er mit seiner Kombination der verwendeten Werkstoffe und der äußerst dünnen Bauart einzigartig am Markt ist. Zudem punktet der Sensor mit seinen Nachschaltverstärker, der weit entfernt vom Sensor untergebracht werden kann und eine Vielzahl verschiedener Typen an Ausgabesignalen (IO-Link, analog, digital) ermöglicht. Balluff-Sensoren, die all dies erfüllen, werden bereits seit vielen Jahren durch Fabmatics, einem führenden Anbieter von Automatisierungs- und Robotiksystemen in der Halbleiterindustrie, erfolgreich eingesetzt. In Handlingsystemen für einen namenhaften deutschen Maschinenbauer der Halbleiterindustrie liefert Fabmatics bereits zahleiche Robotersysteme mit entsprechend dünnen Endeffektoren.

Bild: Endeffektor von Fabmatics mit kapazitivem Sensor von Balluff (weiße Fläche), verwendet in Handlingsystemen zur Beladung von Halbleitermaschinen. Bildquelle: © Fabmatics GmbH

Bild: Freifahrendes Robotersystem -HERO Fab- von Fabmatics zum Transport und Handling von Waferboxen. Bildquelle: © Fabmatics GmbH

Die Vorteile

Der Sensor ist sehr klein – passt überall
Der Sensor ist Ausgasungsfrei – bereit für die Halbleitererkennung
Die Elektronik hat ein extra Gehäuse – spart Platz bei der Erkennung
Die Elektronik beherrscht alle gängigen Schnittstellen – analog, digital, IO-Link
Die Kombination aus Sensor und Elektronik ist bewährt und Robust – global im Einsatz

Die Produkte

Zur Erkennung der Waferscheiben im Endeffektor setzt Fabmatics kapazitive Sensoren ein. Aus diesem Bereich gibt es eine Vielzahl an unterschiedlichen Varianten und Einsatzbereichen. Durch den Einsatz von Nachschaltverstärkern bietet sich ein großer Vorteil. Der Sensor selbst ist sehr klein, da die Auswerteelektronik in einem externen Gehäuse – dem Nachschaltverstärker – untergebracht ist. Dieser kann in einem Schaltkasten ausserhalb des Erkennungsbereichs untergebracht werden und spart somit wertvollen Platz in der Anlage.

BCS00WY

Kapazitive Sensorköpfe für Nachschaltverstärker