KUKA : Automatisation de précision pour la fabrication de semi-conducteurs avec Cleanroom Robotics

Cet article se concentre sur le rôle crucial de KUKA AG dans la fabrication des semi-conducteurs, en mettant l'accent sur ses solutions spécialisées de robotique et d'automatisation pour salles blanches. Nous examinerons comment les robots KUKA sont conçus pour répondre aux exigences de cette industrie, y compris la manipulation des wafers, le transport des matériaux et d'autres processus critiques dans des environnements ultra-propres. Si vous voulez comprendre comment la technologie KUKA permet la production de puces et de semi-conducteurs avancés qui alimentent notre monde, et explorer une productivité accrue pour la fabrication de semi-conducteurs, c'est un livre à lire absolument. Nous aborderons en particulier les classifications des salles blanches, les modèles de robots et les avantages qui en découlent.

1. Pourquoi l'automatisation est-elle essentielle dans la fabrication des semi-conducteurs ?

La fabrication de semi-conducteurs est un processus incroyablement complexe et précis qui exige les plus hauts niveaux de précision, de propreté et d'efficacité. L'automatisation, en particulier par l'utilisation de la robotique, est essentielle pour plusieurs raisons :

• Précision et répétabilité : La fabrication de puces semi-conductrices exige une précision de l'ordre du nanomètre. Les robots peuvent effectuer des tâches avec une précision et une répétabilité bien supérieures à celles des opérateurs humains, ce qui permet de minimiser les erreurs et de garantir une qualité constante des produits.
• Propreté : La fabrication de semi-conducteurs doit avoir lieu dans des environnements ultra-propres (salles blanches) afin d'éviter toute contamination. Les robots génèrent moins de particules que les humains et peuvent être conçus pour être compatibles avec les salles blanches.
• Vitesse et débit : La demande de semi-conducteurs est en constante augmentation. Les robots peuvent fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, ce qui augmente considérablement le rendement de la production par rapport aux processus manuels.
• Manipulation de matériaux sensibles : Les wafers, ces fines tranches de silicium utilisées pour fabriquer des puces, sont extrêmement fragiles et très sensibles à la contamination. Les robots peuvent manipuler ces matériaux délicats avec le plus grand soin, en minimisant les cassures et les dommages.
• La sécurité : Certains processus de fabrication de semi-conducteurs impliquent des matériaux ou des conditions dangereux. Les robots peuvent effectuer ces tâches en toute sécurité, protégeant ainsi les travailleurs humains de l'exposition.

En bref, l'automatisation n'est pas seulement bénéfique, mais absolument nécessaire à la fabrication moderne de semi-conducteurs.

2. Quels sont les défis de la fabrication de semi-conducteurs que KUKA relève ?

KUKA AG répond directement aux défis uniques de la fabrication de semi-conducteurs grâce à ses solutions spécialisées de robotique et d'automatisation :

• Environnements ultra-propres : KUKA propose des robots pour salles blanches spécialement conçus pour fonctionner dans des environnements avec un nombre de particules extrêmement faible, répondant aux classifications ISO les plus strictes.
• Manipulation des plaquettes : KUKA propose des robots et des effecteurs terminaux (grippers) optimisés pour la manipulation sûre et précise des wafers, minimisant ainsi le risque de rupture ou de contamination.
• Transport des matériaux : Les robots mobiles KUKA, comme le KMR IIWA CR, peuvent transporter de manière autonome des matériaux entre différents postes de travail dans la salle blanche, ce qui améliore l'efficacité et réduit les manipulations manuelles.
• Précision et exactitude : Les robots KUKA sont conçus pour offrir une précision et une répétabilité exceptionnelles et répondre aux tolérances de l'ordre du nanomètre exigées dans la fabrication des semi-conducteurs.
• Flexibilité et adaptabilité : Les robots et les logiciels KUKA peuvent être facilement reprogrammés et adaptés à différentes tailles de plaquettes, processus et exigences de production.
• Temps de cycle: La réduction du temps de cycle est essentielle pour assurer une fabrication efficace des semi-conducteurs.

En relevant ces défis, KUKA permet aux fabricants de semi-conducteurs d'atteindre des rendements plus élevés, d'améliorer la qualité des produits et d'augmenter la productivité globale.

3. Quelles sont les classifications des robots KUKA pour salles blanches (classes ISO) ?

Les salles blanches sont classées en fonction du nombre et de la taille des particules autorisées par volume d'air. La norme la plus courante est la norme ISO 14644-1, qui définit des classes allant de la classe ISO 1 (la plus propre) à la classe ISO 9. La fabrication de semi-conducteurs nécessite généralement des environnements allant de la classe ISO 3 à la classe ISO 5.

KUKA propose des robots pour salles blanches qui répondent à ces classifications rigoureuses. Leurs robots sont conçus avec des caractéristiques telles que

• Faible émission de particules : Les matériaux et les composants sont soigneusement sélectionnés pour minimiser la production de particules.
• Joints étanches : Les joints des robots sont scellés pour empêcher la libération de particules.
• Revêtements spéciaux : Les surfaces sont revêtues de matériaux qui résistent à l'adhésion des particules et sont faciles à nettoyer.
• Gestion de l'air évacué : Certains modèles sont dotés de systèmes permettant de gérer l'air évacué et d'empêcher la dispersion des particules.

La classe ISO spécifique d'un robot KUKA dépend du modèle et de la configuration. KUKA fournit des spécifications détaillées pour chaque robot, ce qui permet aux clients de sélectionner le modèle approprié pour leurs exigences en matière de salle blanche.

4. Comment la KUKA LBR IIWA CR se distingue-t-elle dans la manipulation des wafers ?

Le KUKA LBR IIWA CR (salle blanche) est un robot collaboratif (cobot) spécialement conçu pour les tâches délicates dans les salles blanches, y compris la manipulation de wafers. Ses principales caractéristiques sont les suivantes

• Compatibilité avec les salles blanches : Le LBR IIWA CR répond aux normes strictes des salles blanches (jusqu'à la classe ISO 3, selon la configuration), ce qui permet de l'utiliser directement dans la fabrication de semi-conducteurs.
• Sensibilité et conformité : Le LBR IIWA CR est équipé de capteurs de couple articulaire extrêmement sensibles sur les sept axes. Cela lui permet de détecter les forces externes les plus légères et de réagir en conséquence. Cette "conformité" est cruciale pour manipuler des plaquettes délicates sans les endommager.
• Précision et exactitude : Malgré sa sensibilité, le LBR IIWA CR conserve une précision et une répétabilité élevées, ce qui garantit un placement précis des plaquettes.
• Programmation conviviale : Le LBR IIWA est connu pour son interface de programmation intuitive, ce qui rend l'apprentissage de nouvelles tâches relativement facile, même pour les opérateurs n'ayant pas une grande expérience de la robotique.
• Collaboration sûre entre l'homme et le robot (HRC) : Bien qu'il ne soit pas toujours utilisé dans la fabrication de semi-conducteurs en raison des exigences de propreté, les caractéristiques de sécurité inhérentes au LBR IIWA permettent une collaboration potentielle avec des travailleurs humains dans certaines applications.

La combinaison de la compatibilité avec les salles blanches, de la sensibilité, de la précision et de la facilité d'utilisation fait du LBR IIWA CR une solution idéale pour la manipulation des wafers et d'autres tâches délicates dans la fabrication des semi-conducteurs. La manipulation des plaquettes de semi-conducteurs doit être très précise.

5. Qu'est-ce que le KMR IIWA CR et son rôle dans l'automatisation des salles blanches mobiles ?

Le KMR IIWA CR (KUKA Mobile Robotics IIWA Cleanroom) combine les capacités du robot collaboratif LBR IIWA CR avec une plate-forme mobile. Il en résulte une solution mobile très flexible et autonome pour les salles blanches.

Les principales caractéristiques du KMR IIWA CR sont les suivantes :

• Autonomie mobile : Le KMR IIWA CR peut naviguer de manière autonome dans la salle blanche, en utilisant des scanners laser et d'autres capteurs pour éviter les obstacles et suivre des chemins prédéfinis.
• Compatibilité avec les salles blanches : Comme la LBR IIWA CR, la plate-forme mobile est également conçue pour une utilisation en salle blanche, répondant aux classifications ISO rigoureuses.
• Alimentation intégrée : Le KMR IIWA CR dispose d'une alimentation électrique embarquée, ce qui lui permet de fonctionner sans être relié à une source d'énergie. La technologie de chargement par induction est également disponible en option pour un fonctionnement continu.
• Flexibilité : Le KMR IIWA CR peut être utilisé pour une variété de tâches, y compris le transport de plaquettes entre les postes de travail, le chargement et le déchargement des machines, et la livraison de matériaux.

Le KMR IIWA CR représente une avancée significative dans l'automatisation des salles blanches, offrant une solution hautement adaptable et efficace pour la manutention de matériel et d'autres tâches mobiles.

6. Quels sont les autres modèles de robots KUKA utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs ?

Outre le LBR IIWA CR et le KMR IIWA CR, KUKA propose d'autres modèles de robots adaptés à différentes tâches dans la fabrication de semi-conducteurs :

• KR AGILUS CR : Il s'agit d'un petit robot rapide et précis conçu pour les salles blanches. Il est idéal pour manipuler de petits composants, assembler des appareils électroniques et effectuer des tâches d'inspection.
• KR CYBERTECH nano CR : Cette série offre des capacités de charge plus élevées que le KR AGILUS tout en restant compatible avec les salles blanches. Ils conviennent à la manipulation de composants plus volumineux ou à l'exécution de tâches nécessitant une plus grande force.
• KR SCARA CR : Ces robots sont spécialement conçus pour des opérations rapides de prise et de mise en place et conviennent parfaitement à la manipulation de plaquettes ou d'autres composants plats dans un plan horizontal.

La gamme variée de robots pour salles blanches KUKA permet aux fabricants de semi-conducteurs de choisir le modèle optimal pour leur application spécifique et leurs exigences en matière de charge utile. KUKA peut fournir un robot industriel pour presque toutes les tâches.

7. Comment les logiciels KUKA améliorent-ils les processus de fabrication des semi-conducteurs ?

Le logiciel KUKA joue un rôle essentiel dans l'optimisation de la performance des robots et leur intégration dans le processus global de fabrication des semi-conducteurs :

• KUKA.Sunrise Commande d'armoireLe contrôleur est le cerveau du robot et permet d'effectuer des mouvements précis.
• KUKA.Sim : Ce logiciel de simulation permet aux utilisateurs de créer des modèles virtuels de leurs cellules de travail robotisées, de programmer les mouvements des robots hors ligne et de simuler l'ensemble du processus de production. Cela permet de réduire le temps d'installation, de minimiser les erreurs et d'optimiser le processus avant sa mise en œuvre.
• KUKA.WorkVisual : Cette suite d'ingénierie intégrée offre une plate-forme unifiée pour la configuration, la programmation et le diagnostic des robots KUKA.
• Logiciel spécifique à l'application : KUKA propose des progiciels spécialisés pour des applications spécifiques dans le domaine des semi-conducteurs, telles que la manipulation de wafers ou le dosage. Ces progiciels comprennent souvent des fonctions et des paramètres préconfigurés pour simplifier la mise en œuvre.
• KUKA.DeviceConnector: Il s'agit d'un moyen simple d'intégrer les robots dans un nuage.

Ces outils logiciels améliorent la convivialité, l'efficacité et la flexibilité des solutions robotiques KUKA dans la fabrication de semi-conducteurs.

8. Quelles sont les fonctions de sécurité intégrées dans les robots pour salles blanches de KUKA ?

La sécurité est primordiale dans tout environnement industriel. Les robots pour salles blanches de KUKA intègrent plusieurs fonctions qui garantissent un fonctionnement sûr :

• Détection de collision : Les robots KUKA, en particulier ceux de la série LBR IIWA, sont dotés d'une capacité de détection des collisions extrêmement sensible. Ils peuvent détecter un contact inattendu et s'arrêter immédiatement pour éviter tout dommage ou blessure.
• Contrôleurs de sécurité : Les commandes de robots KUKA répondent à des normes de sécurité strictes et comprennent des fonctions telles que des circuits d'arrêt d'urgence et des fonctions de surveillance de la sécurité.
• Sauvegarde : Les cellules de travail des robots dans la fabrication de semi-conducteurs sont généralement fermées et verrouillées pour empêcher tout accès non autorisé pendant le fonctionnement.
• Programmation et formation : KUKA propose une formation et une documentation complètes pour s'assurer que les opérateurs et les programmeurs comprennent les procédures d'utilisation sûres des robots.
• Fonctionnement sûr et robot sûr: des dispositifs de sécurité supplémentaires pour diverses tâches.

Ces dispositifs de sécurité, combinés à une mise en œuvre correcte et au respect des consignes de sécurité, minimisent le risque d'accident et garantissent un environnement de travail sûr.

9. Comment KUKA assure-t-il la fiabilité et la disponibilité de ses robots ?

La fiabilité et la disponibilité sont cruciales dans la fabrication des semi-conducteurs, où les temps d'arrêt peuvent être extrêmement coûteux. KUKA s'attaque à ce problème :

• Conception et construction robustes : Les robots KUKA sont construits avec des composants de haute qualité et sont conçus pour résister aux conditions exigeantes d'un fonctionnement continu.
• Maintenance préventive : KUKA propose des programmes de maintenance préventive pour aider les clients à maintenir leurs robots dans un état optimal et à éviter les pannes inattendues.
• Diagnostic à distance : Le logiciel KUKA permet de surveiller et de diagnostiquer à distance les performances du robot. Cela permet une identification proactive des problèmes potentiels et un dépannage plus rapide.
• Réseau mondial de services : KUKA dispose d'un réseau mondial de techniciens de service et de centres d'assistance pour fournir une assistance rapide et minimiser les temps d'arrêt en cas de problèmes.
• Disponibilité des pièces détachées : KUKA dispose d'un vaste stock de pièces de rechange afin d'assurer un remplacement rapide des composants défectueux.

Ces mesures garantissent que les robots KUKA offrent la fiabilité et la disponibilité élevées requises pour la fabrication continue de semi-conducteurs.

10. Quels sont les avantages à long terme et le retour sur investissement de l'automatisation KUKA dans la fabrication de semi-conducteurs ?

La mise en œuvre de l'automatisation KUKA dans la fabrication de semi-conducteurs offre des avantages significatifs à long terme et un fort retour sur investissement (ROI) :

• Augmentation du débit : Les robots fonctionnent plus rapidement et de manière plus cohérente que les opérateurs humains, ce qui permet d'augmenter la production.
• Amélioration du rendement : La réduction des erreurs et de la contamination grâce à la précision des robots et à la compatibilité avec les salles blanches se traduit par un rendement plus élevé des puces fonctionnelles.
• Réduction des coûts de main-d'œuvre : L'automatisation réduit le besoin de travail manuel, en particulier pour les tâches répétitives ou dangereuses.
• Qualité améliorée : Les mouvements cohérents et précis des robots réduisent les défauts et améliorent la qualité globale des produits semi-conducteurs.
• Flexibilité et évolutivité : Les robots et les logiciels KUKA peuvent être facilement adaptés aux besoins changeants de la production et mis à l'échelle pour répondre à la demande croissante.
• Optimisation de l'espaceLes robots ont besoin de très peu d'espace.

Le ROI de l'automatisation KUKA est calculé en comparant le coût total du système robotique (y compris l'achat, l'installation et la maintenance) aux avantages totaux (augmentation du débit, amélioration du rendement, réduction des coûts de main-d'œuvre, etc.) Les avantages à long terme dépassent souvent de loin l'investissement initial, ce qui fait de la robotique KUKA un atout précieux pour les fabricants de semi-conducteurs.

Résumé : Key Takeaways pour KUKA Robotics dans la fabrication de semi-conducteurs

• L'automatisation est essentielle pour la fabrication des semi-conducteurs en raison des exigences de précision, de propreté, de rapidité et de sécurité dans la manipulation des matériaux sensibles.
• KUKA AG propose des robots spécialisés pour salles blanches et des solutions d'automatisation pour répondre aux défis uniques de l'industrie des semi-conducteurs.
• Les robots KUKA pour salles blanches répondent aux classifications ISO strictes (p. ex. ISO Class 3 à ISO Class 5) pour le contrôle des particules.
• La KUKA LBR IIWA CR excelle dans la manipulation des wafers grâce à sa compatibilité avec les salles blanches, sa sensibilité, sa précision et sa programmation conviviale.
• Le KMR IIWA CR combine le LBR IIWA CR avec une plate-forme mobile pour le transport autonome de matériel dans la salle blanche.
• D'autres modèles de robots KUKA, tels que KR AGILUS CR, KR CYBERTECH nano CR et KR SCARA CR, sont également utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs.
• Les logiciels KUKA (KUKA.Sim, KUKA.WorkVisual, paquets spécifiques aux applications) améliorent la performance et l'intégration des robots.
• Les dispositifs de sécurité comprennent la détection des collisions, les contrôleurs de sécurité, la protection et une formation complète.
• KUKA garantit la fiabilité et le temps de fonctionnement grâce à une conception robuste, une maintenance préventive, un diagnostic à distance, un réseau de service mondial et la disponibilité des pièces de rechange.
• Les avantages à long terme et le retour sur investissement de l'automatisation KUKA dans la fabrication de semi-conducteurs comprennent l'augmentation du débit, l'amélioration du rendement, la réduction des coûts de main-d'œuvre, l'amélioration de la qualité, la flexibilité et l'évolutivité.
• KUKA est le fournisseur privilégié de robots pour l'industrie des semi-conducteurs.

Grâce à la technologie avancée de KUKA en matière de robotique et d'automatisation, les fabricants de semi-conducteurs peuvent atteindre les plus hauts niveaux de précision, de propreté et d'efficacité requis pour produire les puces avancées qui alimentent notre monde moderne.