Die Halbleiterindustrie boomt. Megatrends, wie das Arbeiten von zu Hause, das Wachstum künstlicher Intelligenz und die steigende Nachfrage nach Elektroautos, führen dazu, dass die Nachfrage nach Halbleitern weiter stark anzieht. Laut der Unternehmensberatung McKinsey & Company wuchs die Branche allein im Jahr 2021 um 20 Prozent. Die Berater prognostizieren, dass die weltweite Halbleiterindustrie jährlich um 6 bis 8 Prozent wachsen und bis 2030 zu einer Billionen-Dollar-Branche werden wird. Um den riesigen Bedarf an leistungsfähigen Prozessoren zu decken, investieren die Chiphersteller in neue Produktionsstandorte. Für eine moderne Chipfabrik sind Investitionskosten von mehreren Milliarden Dollar keine Seltenheit. Entsprechend hoch sind die Erwartungen an die Zuverlässigkeit und Effizienz der Smart Factories.
Wafer-Transport ist fehleranfällig
Bis aus einem Roh-Wafer ein Mikrochip wird, sind oft mehrere 1.000 Arbeitsschritte in einer aufwendig gesicherten Reinraumumgebung erforderlich. Je nach Bauteil vergehen so rund drei Monate, bis der Wafer die 24/7-getaktete Produktion verlässt. Daher spielen die Transportsysteme und die Steuerung der Anlage und der Prozesse eine entscheidende Rolle für den Erfolg von solchen Megafabriken. Einzelne Schritte der Produktion sind bereits sehr gut und auf hohem Qualitätsniveau automatisiert. Eine Ausnahme bildete bislang der Transport der Halbleitersubstrate von einer Arbeitsstation zur nächsten. Besonders in älteren Produktionsstätten werden die Wafer überwiegend manuell von einem Mitarbeiter in sogenannten Wafer-Kassetten aus einer Bearbeitungsmaschine entnommen und mit einem Wagen zum nächsten Prozessschritt gebracht. Dabei ist der Prozess fehleranfällig. Fällt einem Mitarbeiter ein bruchempfindlicher Wafer herunter oder legt er aus Versehen die falsche Kassette in eine Bearbeitungsmaschine, sind schnell fünfstellige Beträge verloren. Eine Automatisierung der Handling- und Transportprozesse mit mobilen Manipulatorrobotern verringert das Schadensrisiko. Mit dem KMR iiwa CR hat Kuka einen mobilen Cobot für die sichere Handhabung von empfindlichen Bauteilen wie Wafern im Portfolio, der aufgrund seiner induktiven Ladetechnik auch hohe Reinheitsanforderungen erfüllt.
Mobiler Cobot für den Reinraum
Der KMR iiwa CR ist eine Kombination aus einem Reinraum-Cobot und einer mobilen Plattform. Der Greifer des Roboters ist speziell für Handling-Applikationen in Reinraumumgebungen konzipiert. Mithilfe der Navigationssoftware operiert der KMR iiwa CR autonom im Raum, be- und entlädt die Wafer-Kassetten selbstständig und bringt sie zur nächsten Arbeitsstation. Und das unter Einhaltung strenger ISO3-Reinraumbedingungen. Die mobilen Systeme sind dafür ausgelegt, in Umgebungen, die sauberer als ein OP-Saal sein müssen, ihre Arbeit und ihre mechanischen Bewegungen zuverlässig zu verrichten.
Geringe Partikelgenerierung bei hoher Produktivität
Für die Einhaltung der ISO-Klasse 3 ist unter anderem die Energieversorgung des KMR iiwa CR ein zentrales Feature. „Für eine anspruchsvolle Reinraumumgebung sind herkömmliche Batterieladesysteme mit Schleifkontakten nicht geeignet“, erklärt Jakob Brandl, Portfolio Manager Mobility bei Kuka. „Bei jedem Ladevorgang entsteht Kupferabrieb. Die Partikel verteilen sich in der Produktionsumgebung und können im Extremfall die wertvollen Wafer beschädigen.“ Kuka verwendet daher das induktive Batterieladesystem EtaLink 3000 von Wiferion. Die Energieübertragung erfolgt dabei berührungslos. Damit wird einen Ladeprozess mit sehr geringer Partikelgenerierung erreicht.