Sonntag, 18. Oktober 2020
ZS-Handling GmbH - Berührungslose Wafer-Handhabung in der Halbleiter-Industrie
bodohann, 20:28h
Schonende, wartungsfreie und reinraumtaugliche Handhabung mit Ultraschall
Herausforderungen bei der Bearbeitung von Silizium-Wafern
Bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Siliziumwafern kommt es häufig zu Beschädigungen und Bruch. Neben Ausfallzeiten und zusätzlichen Reinigungsschritten sowie Neujustierungen, fallen auch erhöhte Material- und Prozesskosten an. Je reibungsloser das Handling, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material reißt oder bricht.
Auch werden die Wafer immer dünner und erschweren die Handhabung zusätzlich, da sie dadurch sowohl sensibler für Beschädigungen sind als auch flexibler werden und durchhängen können.
Herkömmliche Handhabungssysteme weisen häufig Probleme auf, wie die Kontamination durch Partikel bei Luftlagern, die durch die Luftverwirbelungen von Druckluft entstehen (z.B. bei Bernoulli-Greifern). Andere Systeme ohne Luftzufuhr, wie z.B. Vakuum-Greifer können bei der Handhabung Spuren wie Abdrücke oder Kratzer auf dem Substrat hinterlassen. Mit Hilfe des patentierten Ultraschall-Lagers von ZS-Handling können Substrate gleichmäßig auf einem durch Schwingungen generierten Luftfilm schweben und dadurch während des Handlings berührungslos gehalten werden. Durch eine Kombination aus Unterdruck und Ultraschall wirken gleichzeitig anziehende und abstoßende Kräfte auf das Werkstück und halten es somit auch beim Greifen von oben auf Abstand. Durchbiegungen und Wölbungen lassen sich dabei bis zu einem gewissen Grad ausgleichen.
Wie funktioniert das Ultraschall-Lager?
Die Ultraschallbewegung der sogenannten Sonotrode erzeugt einen tragenden Gasfilm (Luft oder Prozessgas) zwischen der Sonotrodenoberfläche und dem Substrat. Das Substrat schwebt auf dem entstandenen Gasfilm in Abständen von 10 - 150 μm. Unter Ausnutzung von Auftriebskräften durch Vakuum wird eine Handhabung von oben ermöglicht. Auf diese Weise wird jeder mechanische Oberflächenkontakt vermieden.
Die Physik des Ultraschalllagers ergibt sich aus der Strömungsdynamik und nicht aus akustischen Prinzipien. Der Gasdruck im Spalt zwischen dem Werkstück und der schwingenden Oberfläche steigt durch die zyklische Kompression und Dekompression des dünnen Gasfilms. Daher ist es notwendig, ein gleichmäßiges Schwingungsmuster zu realisieren, um gleichbleibende Schwebekräfte über die gesamte Sonotrode zu erzeugen. Die Schwingungen werden nicht in die Substrate übertragen und führen zu keinen Beeinträchtigungen des Substratmaterials.
Herausforderungen bei der Bearbeitung von Silizium-Wafern
Bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Siliziumwafern kommt es häufig zu Beschädigungen und Bruch. Neben Ausfallzeiten und zusätzlichen Reinigungsschritten sowie Neujustierungen, fallen auch erhöhte Material- und Prozesskosten an. Je reibungsloser das Handling, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material reißt oder bricht.
Auch werden die Wafer immer dünner und erschweren die Handhabung zusätzlich, da sie dadurch sowohl sensibler für Beschädigungen sind als auch flexibler werden und durchhängen können.
Herkömmliche Handhabungssysteme weisen häufig Probleme auf, wie die Kontamination durch Partikel bei Luftlagern, die durch die Luftverwirbelungen von Druckluft entstehen (z.B. bei Bernoulli-Greifern). Andere Systeme ohne Luftzufuhr, wie z.B. Vakuum-Greifer können bei der Handhabung Spuren wie Abdrücke oder Kratzer auf dem Substrat hinterlassen. Mit Hilfe des patentierten Ultraschall-Lagers von ZS-Handling können Substrate gleichmäßig auf einem durch Schwingungen generierten Luftfilm schweben und dadurch während des Handlings berührungslos gehalten werden. Durch eine Kombination aus Unterdruck und Ultraschall wirken gleichzeitig anziehende und abstoßende Kräfte auf das Werkstück und halten es somit auch beim Greifen von oben auf Abstand. Durchbiegungen und Wölbungen lassen sich dabei bis zu einem gewissen Grad ausgleichen.
Wie funktioniert das Ultraschall-Lager?
Die Ultraschallbewegung der sogenannten Sonotrode erzeugt einen tragenden Gasfilm (Luft oder Prozessgas) zwischen der Sonotrodenoberfläche und dem Substrat. Das Substrat schwebt auf dem entstandenen Gasfilm in Abständen von 10 - 150 μm. Unter Ausnutzung von Auftriebskräften durch Vakuum wird eine Handhabung von oben ermöglicht. Auf diese Weise wird jeder mechanische Oberflächenkontakt vermieden.
Die Physik des Ultraschalllagers ergibt sich aus der Strömungsdynamik und nicht aus akustischen Prinzipien. Der Gasdruck im Spalt zwischen dem Werkstück und der schwingenden Oberfläche steigt durch die zyklische Kompression und Dekompression des dünnen Gasfilms. Daher ist es notwendig, ein gleichmäßiges Schwingungsmuster zu realisieren, um gleichbleibende Schwebekräfte über die gesamte Sonotrode zu erzeugen. Die Schwingungen werden nicht in die Substrate übertragen und führen zu keinen Beeinträchtigungen des Substratmaterials.
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