In de vacuümwerkplaats

In de halfgeleiderindustrie zijn onberispelijkheid en precisie essentieel. De Zwitserse vacuümspecialist VAT heeft daarom in samenwerking met maxon een aandrijfsysteem voor wafers ontwikkeld.

Drie van deze Pinlifters bewegen de wafer in de vacuümkamer. Foto: VAT

Zelfs bij mensen die in techniek geïnteresseerd zijn kan het begrip "vacuümventiel" maar op weinig enthousiasme rekenen. Want wat zou er aantrekkelijk kunnen zijn aan een vacuümventiel? Het wordt pas echt interessant als je op bezoek gaat bij VAT, een internationaal actief bedrijf, gevestigd in Haag in Oost-Zwitserland. Telkens als in de industrie een vacuüm nodig is, behoort VAT wereldwijd tot de topadressen. In grove lijnen is een vacuümventiel een ventiel dat de toegang tot een vacuüminstallatie opent of blokkeert. Maar wie bij het woord vacuüm aan verpakte levensmiddelen in de supermarkt denkt, zit op het verkeerde spoor. In de industrie worden vacuümkamers vooral gebruikt als elk stofdeeltje of elke waterdruppel een complete productiefase kan ruïneren. En zo zijn we op het punt aanbeland waar zich alles afspeelt: in de hightech-industrie. Smartphones, flatscreens, zonnepanelen, processoren – de productie van al deze en vele andere producten zou zonder vacuüminstallaties ondenkbaar zijn. Zodoende levert de firma VAT een groot deel van zijn systemen naar Azië, waar de "big players" op het gebied van micro-elektronica en halfgeleidertechnologie gevestigd zijn. 

Een lift voor wafers

Een belangrijke processtap in de micro-elektronica is de productie en verdere verwerking van zogenaamde wafers. Het gaat daarbij om dunne, ronde plaatjes van halfgeleidermateriaal zoals silicium. Deze plaatjes vormen de basis voor geïntegreerde schakelcircuits. Als je bedenkt dat in moderne processoren – dus ook in smartphones – meerdere miljarden transistors werkzaam zijn, wordt duidelijk dat bij de productie van halfgeleidersubstraten elk vreemd deeltje moet worden vermeden. En dit gaat het best als dergelijke productiefasen in vacuümkamers worden uitgevoerd. Het probleem: hoe sterker een vacuüm is, des te sterker drukt de lucht van buiten. Er werken enorme krachten op een professionele vacuümkamer. Een normaal ventiel zou geen schijn van kans hebben tegen deze druk. De ventielen van VAT krijgen het voor elkaar.

Het bedrijf is in de afgelopen jaren echter nog een stap verder gegaan en biedt naast ventielen nu ook hele systemen voor verschillende productiefasen in vacuümkamers aan. Een van deze systemen heet Pinlifter. Dit is een soort lift voor silicium-wafers. De wafer ligt op drie pennen, en elk van deze pennen kan met een motor verticaal worden bewogen. Zo ontstaat een soort driebenige lift (drie Pinlifters), waarmee een wafer in een vacuümkamer omhoog kan worden bewogen, waar een handlingsysteem de wafer overneemt. En hier komt maxon in beeld. De Pinlifter is als uiterst precies mechatronisch aandrijfsysteem het resultaat van een maandenlange samenwerking tussen VAT en maxon. De aandrijfeenheid voor een Pinlifter bestaat uit een borstelloze motor EC flat met een optische encoder, rem en spindel. Een bijzondere uitdaging was de maximale lengte van de aandrijfeenheid van 40 millimeter. 

Marco Apolloni, chef Engineering bij VAT, blikt terug: "Aanvankelijk werden ongeveer zes concepten uitgewerkt, uitgevoerd door verschillende leveranciers van motoren, remmen, encoders etc." Vier concepten hadden vooral een componenten-aanpak, twee concepten een systeem-aanpak, waarbij de aandrijving als geheel en als geteste eenheid (inclusief behuizing, spindel, motoras, isolatie-onderdelen) werd ontworpen. "Op grond van de strenge eisen qua precisie en afmetingen haalde alleen de systeem-aanpak de eindronde, omdat op die manier veel risico's konden worden geminimaliseerd en er een optimale oplossing kon worden ontwikkeld", aldus Marco Apolloni. 
"maxon overtuigde met haar technische expertise en was in staat alles van dezelfde producent aan te bieden."