Kleinantriebe

Feinfühlig

Kleinantriebe schließen Ofen bei Wafer-Produktion
Jede Ofenröhre ist mit einer robusten, temperaturresistenten und gasdichten Tür ausgestattet, die per Kleinantrieb sicher geschlossen wird. (Foto: Tempress)
Für die Wafer-Beschichtung sind spezielle Horizontalöfen im Einsatz. Kleinantriebe sorgen für das perfekte Be- und Entladen sowie Öffnen und Schließen der Ofentüren. Präzision und Zuverlässigkeit sind oberste Anforderungen.

Praktisch alle modernen Elektronikgeräte setzen auf Siliziumchips, in denen viele kleine Bauteile integriert sind. Um den einzelnen Chip preiswert anbieten zu können, müssen hohe Stückzahlen schnell hergestellt werden. Dazu werden die Chips auf so genannten Wafern, Siliziumscheiben mit 100 bis 300 Milimeter Durchmesser, in großer Menge hergestellt und anschließend separiert. Für die gezielte Oberflächenbehandlung der Wafer ist eine atmosphärische Einwirkung von Phosphor- und Borverbindungen ebenso möglich wie die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition) bei Unterdruck. Um den Chipherstellern eine hohe Flexibilität zu bieten, entwickelte Tempress Systems aus den Niederlanden eine hochflexible Horizontalofenreihe. Diese Öfen werden auch für die Massenfertigung hochwertiger Solarzellen auf Waferbasis eingesetzt. Für die Beschickung der einzelnen Ofenröhren sorgen robuste Kleinantriebe von Faulhaber. Sie schließen außerdem die Ofentür – eine sicherheitsrelevante Funktion, da im Ofen hochreaktive Chemikalien eingesetzt werden.

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Vier horizontal übereinander ausgerichtete Reaktionsofenkammern können mit Wafern beladen werden. Bei 400 bis 500 Wafern pro Röhre lassen sich so 1.500 Wafer pro Stunde in einem Arbeitsgang beschichten. Je nach Verfahren arbeiten die Öfen unter Normaldruck oder im Vakuum. Die Temperaturen können zwischen 380 und 1.380 Grad Celsius variieren. Waferscheiben sind teuer – deshalb spielt Prozesssicherheit eine große Rolle, und alle Komponenten müssen hohen Anforderungen genügen. Vom Temperaturmanagement über die präzise Gasdosierung bis hin zur Druckregelung lassen sich eine Vielzahl von Parametern über das Tempress Data Management System einstellen. Das Be- und Entladen der einzelnen Ofenröhren übernimmt ein spezielles Ladesystem. Als Aktor werden Kleinantriebe eingesetzt. Die Hauptforderungen an sie: ein hohes Drehmoment aus kleinstem Bauvolumen bei präziser Positionierung. Außerdem müssen sie in der Umgebung korrosiver Chemikalien zuverlässig arbeiten.

Präzise Wafer-Positionierung

In den Öfen sind je nach Ausführung unterschiedliche Antriebslösungen aus dem Programm Faulhaber Drive Systems eingesetzt. Die Ladesysteme arbeiten mit einem Standard-DC-Motor. Die Drehzahl wird über ein durchmesserkonformes Planetengetriebe reduziert und gleichzeitig das Abtriebsdrehmoment entsprechend erhöht. Je nach Ausführung (Normal- oder Schwerlast-Lader) arbeiten dabei Antriebe mit 32 oder 38 Millimeter Durchmesser und Stahlplanetengetriebe mit Untersetzungen von 14:1 beziehungsweise 3,71:1. In beiden Varianten ermöglichen aufsteckbare Encoder mit 256 Impulsen je Umdrehung der Motorwelle eine feinfühlige Positionierung der Wafer in der Anlage. Durch die Getriebeuntersetzung erhöht sich die Präzision an der Abtriebswelle weiter.

Für die sicherheitsrelevante Funktion des Schließens der Ofentür gelten noch höhere Anforderungen. Hier muss eine zuverlässige Verriegelung sichergestellt sein, um zu verhindern, dass Gas in oder aus den Ofenröhren entweichen kann. Zusätzlich zum Motor mit Encoder und Stahlplanetengetriebe ist daher in manchen Varianten eine elektromagnetische Bremse installiert. Sie garantiert auch bei Stromausfall den sicheren Verschluss. Die ebenfalls auf den 32 Millimeter Motor aufsteckbare Bremseinheit baut dabei in Kombination mit dem Motor nur 72,5 Millimeter lang. pb

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