KUKA: precisieautomatisering voor halfgeleiderfabricage met cleanroomrobots

Dit artikel focust op de cruciale rol van KUKA AG in de productie van halfgeleiders en benadrukt hun gespecialiseerde cleanroom robotica en automatiseringsoplossingen. We onderzoeken hoe KUKA robots ontworpen zijn om aan de hoge eisen van deze industrie te voldoen, inclusief wafer handling, materiaaltransport en andere kritische processen in ultra-schone omgevingen. Als je wilt begrijpen hoe de technologie van KUKA de productie van geavanceerde chips en halfgeleiders mogelijk maakt die onze wereld van energie voorzien, en als je wilt weten hoe je de productiviteit van halfgeleiderfabrikanten kunt verhogen, dan is dit een must-read. We gaan specifiek in op cleanroom classificaties, robot modellen en de voordelen die ze bieden.

1. Waarom is automatisering essentieel bij de productie van halfgeleiders?

De fabricage van halfgeleiders is een ongelooflijk complex en nauwkeurig proces dat de hoogste nauwkeurigheid, netheid en efficiëntie vereist. Automatisering, met name door het gebruik van robotica, is om verschillende redenen essentieel:

• Precisie en herhaalbaarheid: De productie van halfgeleiderchips vereist precisie op nanometerniveau. Robots kunnen taken uitvoeren met een veel grotere nauwkeurigheid en herhaalbaarheid dan menselijke operators, waardoor fouten geminimaliseerd worden en een consistente productkwaliteit gegarandeerd wordt.
• Netheid: Halfgeleiderfabricage moet plaatsvinden in ultracleane omgevingen (cleanrooms) om verontreiniging te voorkomen. Robots genereren minder deeltjes dan mensen en kunnen zo worden ontworpen dat ze geschikt zijn voor cleanrooms.
• Snelheid en doorvoer: De vraag naar halfgeleiders neemt voortdurend toe. Robots kunnen 24 uur per dag, 7 dagen per week werken, waardoor de productiedoorvoer aanzienlijk toeneemt in vergelijking met handmatige processen.
• Behandeling van gevoelige materialen: Wafers, de dunne plakjes silicium die worden gebruikt om chips te maken, zijn uiterst kwetsbaar en zeer gevoelig voor vervuiling. Robots kunnen deze delicate materialen met de grootste zorg behandelen, waardoor breuk en schade tot een minimum worden beperkt.
• Veiligheid: Bij sommige processen in de halfgeleiderfabricage komen gevaarlijke materialen of omstandigheden kijken. Robots kunnen deze taken veilig uitvoeren en menselijke werknemers beschermen tegen blootstelling.

Kortom, automatisering is niet alleen nuttig maar absoluut noodzakelijk voor de moderne halfgeleiderfabricage.

2. Wat zijn de uitdagingen van KUKA op het gebied van halfgeleiderfabricage?

KUKA AG pakt de unieke uitdagingen van halfgeleiderfabricage direct aan met gespecialiseerde robotica- en automatiseringsoplossingen:

• Ultra-schone omgevingen: KUKA biedt cleanroom robots aan die speciaal ontworpen zijn om te werken in omgevingen met extreem lage partikel aantallen, die voldoen aan de strenge ISO classificaties.
• Behandeling van wafers: KUKA levert robots en eindeffectoren (grijpers) die geoptimaliseerd zijn voor het veilig en precies manipuleren van wafers, waarbij het risico op breuk of vervuiling geminimaliseerd wordt.
• Materiaal transport: De mobiele robots van KUKA, zoals de KMR IIWA CR, kunnen autonoom materiaal transporteren tussen de verschillende werkstations binnen de cleanroom, waardoor de efficiëntie verbetert en het manueel hanteren van materialen vermindert.
• Precisie en nauwkeurigheid: KUKA robots zijn ontworpen voor uitzonderlijke precisie en herhaalbaarheid en voldoen aan de toleranties op nanometerniveau die vereist zijn bij de productie van halfgeleiders.
• Flexibiliteit en aanpassingsvermogen: De robots en software van KUKA kunnen gemakkelijk geherprogrammeerd en aangepast worden om verschillende wafergroottes, processen en productievereisten aan te kunnen.
• Cyclustijden: Het verkorten van de cyclustijd is de sleutel tot efficiënte halfgeleiderproductie.

Door deze uitdagingen aan te gaan, stelt KUKA halfgeleiderfabrikanten in staat om hogere opbrengsten te behalen, de productkwaliteit te verbeteren en de algehele productiviteit te verhogen.

3. Wat zijn KUKA's Cleanroom Robot Classificaties (ISO Klassen)?

Cleanrooms worden geclassificeerd op basis van het aantal en de grootte van de deeltjes die zijn toegestaan per volume lucht. De meest gebruikte standaard is ISO 14644-1, die klassen definieert van ISO Klasse 1 (de schoonste) tot ISO Klasse 9. De fabricage van halfgeleiders vereist gewoonlijk omgevingen van ISO-klasse 3 tot ISO-klasse 5.

KUKA biedt cleanroom robots aan die aan deze strenge classificaties voldoen. Hun robots zijn ontworpen met eigenschappen zoals:

• Uitstoot met lage deeltjesemissie: Materialen en onderdelen worden zorgvuldig geselecteerd om het ontstaan van deeltjes te minimaliseren.
• Verzegelde verbindingen: Robotverbindingen worden afgedicht om te voorkomen dat er deeltjes vrijkomen.
• Speciale coatings: De oppervlakken zijn gecoat met materialen die bestand zijn tegen het aanhechten van deeltjes en die gemakkelijk schoon te maken zijn.
• Beheer van uitlaatlucht: Sommige modellen hebben systemen om de uitlaatlucht te beheren en de verspreiding van deeltjes te voorkomen.

De specifieke ISO klasse van een KUKA robot hangt af van het model en de configuratie. KUKA levert gedetailleerde specificaties voor elke robot, zodat klanten het juiste model kunnen kiezen voor hun cleanroom vereisten.

4. Hoe blinkt de KUKA LBR IIWA CR uit in de handling van wafers?

De KUKA LBR IIWA CR (cleanroom) is een collaboratieve robot (cobot) speciaal ontworpen voor gevoelige taken in cleanroom omgevingen, inclusief wafer handling. De belangrijkste kenmerken zijn:

• Compatibel met cleanrooms: De LBR IIWA CR voldoet aan strenge normen voor cleanrooms (tot ISO klasse 3, afhankelijk van de configuratie), waardoor deze geschikt is voor direct gebruik bij de fabricage van halfgeleiders.
• Gevoeligheid en naleving: De LBR IIWA CR heeft zeer gevoelige gewrichtskoppelsensoren in alle zeven assen. Hierdoor kan het zelfs de kleinste externe krachten detecteren en daarop reageren. Deze "meegaandheid" is cruciaal voor het hanteren van kwetsbare wafers zonder schade te veroorzaken.
• Precisie en nauwkeurigheid: Ondanks de gevoeligheid behoudt de LBR IIWA CR een hoge precisie en herhaalbaarheid, waardoor wafers nauwkeurig geplaatst kunnen worden.
• Gebruiksvriendelijke programmering: De LBR IIWA staat bekend om zijn intuïtieve programmeerinterface, waardoor het relatief eenvoudig is om nieuwe taken aan te leren, zelfs voor operators zonder uitgebreide robotica-ervaring.
• Veilige samenwerking tussen mens en robot (HRC): Hoewel de LBR IIWA niet altijd wordt gebruikt bij de productie van halfgeleiders vanwege de reinheidseisen, maken de inherente veiligheidskenmerken een mogelijke samenwerking met menselijke arbeiders in bepaalde toepassingen mogelijk.

De combinatie van cleanroomcompatibiliteit, gevoeligheid, precisie en gebruiksgemak maakt de LBR IIWA CR een ideale oplossing voor waferhandling en andere delicate taken in de halfgeleiderfabricage. Het hanteren van halfgeleiderwafers moet zeer nauwkeurig gebeuren.

5. Wat is de KMR IIWA CR en zijn rol in mobiele cleanroomautomatisering?

De KMR IIWA CR (KUKA Mobile Robotics IIWA Cleanroom) combineert de mogelijkheden van de LBR IIWA CR collaboratieve robot met een mobiel platform. Dit creëert een zeer flexibele en autonome mobiele oplossing voor cleanroom omgevingen.

De belangrijkste kenmerken van de KMR IIWA CR zijn:

• Mobiele autonomie: De KMR IIWA CR kan autonoom navigeren binnen de cleanroom, met behulp van laserscanners en andere sensoren om obstakels te vermijden en vooraf gedefinieerde paden te volgen.
• Compatibel met cleanrooms: Net als de LBR IIWA CR is ook het mobiele platform ontworpen voor gebruik in cleanrooms en voldoet het aan de strenge ISO-classificaties.
• Geïntegreerde voeding: De KMR IIWA CR heeft een ingebouwde voeding, waardoor hij kan werken zonder aan een stroombron te zijn gekoppeld. Inductief opladen is ook een optie voor continu gebruik.
• Flexibiliteit: De KMR IIWA CR kan gebruikt worden voor verschillende taken, zoals het transporteren van wafers tussen werkstations, het laden en lossen van machines en het afleveren van materialen.

De KMR IIWA CR betekent een aanzienlijke vooruitgang in de automatisering van cleanrooms en biedt een zeer aanpasbare en efficiënte oplossing voor materiaaltransport en andere mobiele taken.

6. Welke andere robotmodellen van KUKA worden gebruikt bij de productie van halfgeleiders?

Naast de LBR IIWA CR en KMR IIWA CR, biedt KUKA nog andere robotmodellen aan die geschikt zijn voor verschillende taken in de halfgeleiderfabricage:

• KR AGILUS CR: Dit is een kleine, snelle en nauwkeurige robot die ontworpen is voor cleanroomomgevingen. Hij is ideaal voor het hanteren van kleine onderdelen, het assembleren van elektronische apparaten en het uitvoeren van inspectietaken.
• KR CYBERTECH nano CR: Deze serie biedt een hoger draagvermogen dan de KR AGILUS, terwijl de cleanroom compatibiliteit gehandhaafd blijft. Ze zijn geschikt voor het hanteren van grotere onderdelen of het uitvoeren van taken die meer kracht vereisen.
• KR SCARA CR: Deze robots zijn speciaal ontworpen voor snelle pick-and-place-bewerkingen en zijn zeer geschikt voor het hanteren van wafers of andere vlakke componenten in een horizontaal vlak.

KUKA's diverse gamma cleanroomrobots laat producenten van halfgeleiders toe om het optimale model te kiezen voor hun specifieke toepassing en vereisten qua draagvermogen. Ze kunnen een industriële robot leveren voor bijna elke taak.

7. Hoe verbetert de software van KUKA de productieprocessen van halfgeleiders?

De software van KUKA speelt een cruciale rol bij het optimaliseren van de robotprestaties en de integratie ervan in het totale halfgeleiderproductieproces:

• KUKA.Sunrise kastbesturingDe besturing is het brein van de robot en maakt precieze bewegingen mogelijk.
• KUKA.Sim: Met deze simulatiesoftware kunnen gebruikers virtuele modellen maken van hun robotwerkcellen, offline robotbewegingen programmeren en het volledige productieproces simuleren. Dit vermindert de insteltijd, minimaliseert fouten en maakt optimalisatie vóór implementatie mogelijk.
• KUKA.WorkVisual: Deze geïntegreerde engineering suite biedt een uniform platform voor het configureren, programmeren en diagnosticeren van KUKA robots.
• Toepassingsspecifieke software: KUKA biedt gespecialiseerde softwarepakketten aan die op maat gemaakt zijn voor specifieke halfgeleidertoepassingen, zoals wafer handling of dispenseren. Deze pakketten bevatten vaak vooraf geconfigureerde functies en parameters om de implementatie te vereenvoudigen.
• KUKA.DeviceConnector: Dit is een eenvoudige manier om de robots in een cloud te integreren.

Deze software verbetert de bruikbaarheid, efficiëntie en flexibiliteit van KUKA's robotoplossingen voor halfgeleiderfabricage.

8. Welke veiligheidsvoorzieningen zijn ingebouwd in de cleanroom robots van KUKA?

Veiligheid is van het grootste belang in elke industriële omgeving en de cleanroom robots van KUKA hebben verschillende kenmerken die een veilige werking garanderen:

• Botsingsdetectie: KUKA robots, vooral de LBR IIWA serie, hebben een zeer gevoelige botsingsdetectie. Ze kunnen onverwacht contact detecteren en onmiddellijk stoppen om schade of verwondingen te voorkomen.
• Besturingen met veiligheidsclassificatie: De robotsturingen van KUKA voldoen aan strenge veiligheidsnormen en bevatten functies zoals noodstopcircuits en veiligheidsbewakingsfuncties.
• Bescherming: Robotwerkcellen in halfgeleiderfabricage zijn meestal omsloten en vergrendeld om ongeoorloofde toegang tijdens het gebruik te voorkomen.
• Programmering en training: KUKA biedt uitgebreide training en documentatie om ervoor te zorgen dat operators en programmeurs de veilige werkprocedures van de robots begrijpen.
• Veilige werking en veilige robot: extra veiligheidsfuncties voor verschillende taken.

Deze veiligheidsvoorzieningen, in combinatie met de juiste implementatie en naleving van veiligheidsrichtlijnen, minimaliseren het risico op ongevallen en zorgen voor een veilige werkomgeving.

9. Hoe verzekert KUKA de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van zijn robots?

Betrouwbaarheid en uptime zijn cruciaal bij de productie van halfgeleiders, waar stilstand zeer kostbaar kan zijn. KUKA pakt dit aan door:

• Robuust ontwerp en constructie: KUKA robots zijn gebouwd met hoogwaardige componenten en zijn ontworpen om de veeleisende omstandigheden van continu gebruik te weerstaan.
• Preventief onderhoud: KUKA biedt preventieve onderhoudsprogramma's aan om klanten te helpen hun robots in optimale conditie te houden en onverwachte storingen te voorkomen.
• Diagnose op afstand: De software van KUKA maakt het mogelijk om de robotprestaties op afstand te monitoren en te diagnosticeren. Dit maakt proactieve identificatie van potentiële problemen en snellere probleemoplossing mogelijk.
• Wereldwijd servicenetwerk: KUKA beschikt over een wereldwijd netwerk van servicetechnici en ondersteuningscentra om in geval van problemen tijdig hulp te bieden en de stilstandtijd tot een minimum te beperken.
• Beschikbaarheid van reserveonderdelen: KUKA heeft een uitgebreide voorraad reserveonderdelen zodat defecte onderdelen snel vervangen kunnen worden.

Deze maatregelen zorgen ervoor dat KUKA robots de hoge betrouwbaarheid en uptime bieden die nodig zijn voor continue halfgeleiderfabricage.

10. Wat zijn de langetermijnvoordelen en ROI van KUKA Automation in de halfgeleiderproductie?

Het implementeren van KUKA automatisering in de halfgeleiderproductie biedt aanzienlijke voordelen op lange termijn en een sterke return on investment (ROI):

• Verhoogde doorvoer: Robots werken sneller en consistenter dan menselijke operators, wat leidt tot een hogere productie.
• Verbeterde opbrengst: Minder fouten en vervuiling dankzij robotprecisie en cleanroomcompatibiliteit resulteren in een hogere opbrengst van functionele chips.
• Lagere arbeidskosten: Automatisering vermindert de behoefte aan handmatige arbeid, vooral voor repetitieve of gevaarlijke taken.
• Verbeterde kwaliteit: Consistente en nauwkeurige robotbewegingen minimaliseren defecten en verbeteren de algehele kwaliteit van de halfgeleiderproducten.
• Flexibiliteit en schaalbaarheid: De robots en software van KUKA kunnen eenvoudig aangepast worden aan veranderende productiebehoeften en opgeschaald worden om aan de toenemende vraag te voldoen.
• Ruimteoptimalisatie: de robots hebben heel weinig ruimte nodig.

De ROI van KUKA automatisering wordt berekend door de totale kosten van het robotsysteem (inclusief aankoop, installatie en onderhoud) te vergelijken met de totale voordelen (verhoogde verwerkingscapaciteit, verbeterde opbrengst, lagere arbeidskosten, enz.) De voordelen op lange termijn overtreffen vaak ruimschoots de initiële investering, waardoor KUKA robotica een waardevolle aanwinst is voor halfgeleiderfabrikanten.

Samenvatting: Belangrijkste feiten voor KUKA Robotics in de productie van halfgeleiders

• Automatisering is essentieel voor halfgeleiderfabricage vanwege de vereisten voor precisie, netheid, snelheid en veilige hantering van gevoelige materialen.
• KUKA AG levert gespecialiseerde cleanroomrobots en automatiseringsoplossingen voor de unieke uitdagingen van de halfgeleiderindustrie.
• De cleanroom robots van KUKA voldoen aan de strenge ISO classificaties (bijv. ISO klasse 3 tot ISO klasse 5) voor deeltjesbeheersing.
• De KUKA LBR IIWA CR blinkt uit in wafer handling dankzij zijn cleanroom compatibiliteit, gevoeligheid, precisie en gebruiksvriendelijke programmering.
• De KMR IIWA CR combineert de LBR IIWA CR met een mobiel platform voor autonoom materiaaltransport binnen de cleanroom.
• Andere KUKA robotmodellen, zoals de KR AGILUS CR, KR CYBERTECH nano CR en KR SCARA CR, worden ook gebruikt bij de productie van halfgeleiders.
• De software van KUKA (KUKA.Sim, KUKA.WorkVisual, toepassingsspecifieke pakketten) verbetert de robotprestaties en de integratie.
• Veiligheidsfuncties zijn onder andere botsingsdetectie, veiligheidscontrollers, beveiliging en uitgebreide training.
• KUKA garandeert betrouwbaarheid en uptime door een robuust ontwerp, preventief onderhoud, diagnose op afstand, een wereldwijd servicenetwerk en de beschikbaarheid van reserveonderdelen.
• De voordelen op lange termijn en de ROI van KUKA automatisering in de halfgeleiderproductie omvatten een verhoogde verwerkingscapaciteit, een verbeterde opbrengst, lagere arbeidskosten, verbeterde kwaliteit, flexibiliteit en schaalbaarheid.
• KUKA is de belangrijkste leverancier van robots voor de halfgeleiderindustrie.

Door gebruik te maken van KUKA's geavanceerde robotica en automatiseringstechnologie kunnen halfgeleiderfabrikanten de hoogste niveaus van precisie, netheid en efficiëntie bereiken die nodig zijn om de geavanceerde chips te produceren die onze moderne wereld aandrijven.