FOUP, Waferkassetten und Trays identifizieren: Codelesung in der Halbleiterlogistik

Zwischen Fertigung und Versand bewegt ein Halbleiterwerk selten einzelne Bauteile. Bewegt werden Stapel, Kassetten, Boxen und Trays, und die Identität, die die Logistik braucht, hängt genau an diesen Behältern. Wer beim Packen, Puffern und Auspacken wissen will, welches Los gerade wo liegt, liest den Code am Behälter und nicht am Produkt darin. Die Markierung des Wafers selbst und das Lesen der Wafer-ID sind eine eigene Aufgabe und im Beitrag „Kennzeichnung in der Halbleiterfertigung: Wafer, Chips und Substrate markieren und identifizieren" beschrieben. Dieser Leitfaden bleibt eine Ebene darüber: Er zeigt, wie Behälterkennungen an Pack-, Puffer- und Auspackstationen sicher gelesen werden, auch wenn die Box schief in der Umverpackung liegt oder in Folie steckt.

Wichtige Punkte im Überblick

In der Halbleiterlogistik hängt die Identität am Behälter und nicht am Produkt, und vor der ersten Station gehört festgelegt, welche Ebene gebucht wird, die Umverpackung, der einzelne Behälter oder das Tray.
Der Wareneingang liefert selten die Idealposition, denn sechs Front Opening Shipping Boxen liegen in einer Kiste von etwa 120 x 100 cm sehr undefiniert, weshalb Sichtfeld und Tiefenschärfe nach der tatsächlichen Streuung ausgelegt werden und nicht nach der Sollposition.
Wafer stecken in Folie unter Schutzatmosphäre, und weil sich die Verpackung zum Lesen nicht öffnen lässt, gewinnt am Hand- und Kommissionierplatz ein mobiler Computer der Modellreihe BT-A700, mit dem der Werker Winkel und Abstand gegen die Spiegelung variiert.
Optischer Code und RFID stehen an FOUP und FOSB nebeneinander statt in Konkurrenz, weil RFID die Identität des umlaufenden Behälters im Haus trägt und der optische Code das, was als Lieferantenetikett und Versandkennzeichnung von außen mitkommt.
Eine Bestandsliste sagt, was da ist, und nicht, seit wann, weshalb die Lesung beim Einlagern und beim Auslagern zum Zeitstempel wird und eine harte Vorgabe wie maximal zwei Stunden Pufferzeit belegbar macht.

Identität auf Behälterebene: Stapel, Kassette, Box, Tray

Die Behälterlandschaft ist überschaubar, ihre Kombinationen sind es nicht. In dokumentierten Anwendungen laufen horizontale Waferstapel und Front Opening Shipping Boxen als zwei getrennte Linienarten nebeneinander, dazu kommen Kassetten, Trays und Magazine im Back End sowie Umverpackungen, die mehrere Behälter zusammenfassen. Ein Werkskonzept aus der Anwendungspraxis sieht drei Packlinien für horizontale Waferstapel und eine Auspacklinie dafür vor.

Jede dieser Ebenen kann eine eigene Kennung tragen. Vor der ersten Station gehört deshalb festgelegt, welche davon gebucht wird:

die Umverpackung, an der Wareneingang und Versand hängen,
der einzelne Behälter, der durch Anlage und Puffer läuft,
das Tray oder Magazin, das die nachgelagerte Prüfung konfiguriert.

Bleibt diese Frage offen, liest die Station irgendeinen der vorhandenen Codes, und die Buchung passt später nicht mehr zum physischen Materialfluss. Das fällt erst auf, wenn jemand eine Charge sucht.

Undefinierte Lage in der Umverpackung: den Code trotzdem finden

Der Wareneingang liefert selten die Idealposition. In einem dokumentierten Fall erreichen sechs Front Opening Shipping Boxen das Werk in einer Kiste von etwa 120 x 100 cm, sie liegen darin sehr undefiniert, und ein Roboter nimmt sie einzeln heraus. Die Codeposition streut damit in allen drei Achsen, und zwar nicht um Millimeter, sondern um die halbe Kistenbreite.

Für die Auslegung heißt das: Sichtfeld und Tiefenschärfe müssen die Streuung tragen, nicht die Sollposition. Ein Leser über dem Entpalettierschritt, der ein Feld von rund 300 x 200 mm von oben abdeckt, ist in der Anwendungspraxis der übliche Zuschnitt. Muss der Leser über der geöffneten Kiste weiter zurückstehen oder wandert der Code über ein großes Feld, passt der 1D- und 2D-Codeleser der Modellreihe SR-2000 mit 0,040 mm kleinster Zelle und 100 bis 2000 mm Leseabstand. Sitzt er dagegen eng am Greifer oder unmittelbar über dem Behälter, liest der AI-Codeleser der Modellreihe SR-X 2D-Zellen ab 0,024 mm bei Leseabständen von 70 bis 1000 mm. Über die Klasse entscheidet die Streuung der Lage, nicht die Codegröße allein.

Lesen durch Folie und Schutzverpackung: wann das mobile Gerät gewinnt

Halbleiterware ist dicht verpackt. In dokumentierten Anwendungen stecken Wafer in Folie mit weniger als einem Prozent Sauerstoff, und die Verpackung zu öffnen, nur um an den Code zu kommen, verbietet sich. Gelesen wird also durch eine glänzende, faltige Schicht hindurch, die je nach Lichteinfall einen Teil des Codes als Spiegelung zurückwirft.

Am Hand- und Kommissionierplatz ist dafür nicht der klassische Handscanner das Mittel der Wahl, sondern der mobile Computer der Modellreihe BT-A, also BT-A700 oder der neuere kompakte BT-A600. Der Werker kann Winkel und Abstand gegen die Spiegelung variieren, und er sieht auf dem Display, welches Los er gerade in der Hand hält, statt blind zu quittieren. Läuft der Behälter dagegen geführt vorbei, bleibt der feste Leser die ruhigere Lösung, weil Abstand, Winkel und Beleuchtung dort konstant sind. Diffuses Licht statt gerichteter Beleuchtung ist an solchen Stationen der übliche erste Schritt gegen den Folienglanz.

FOUP und FOSB: optischer Code und RFID nebeneinander

An FOUP und FOSB treffen zwei Kennzeichnungswelten aufeinander. In dokumentierten Projekten wird jeder Wafer, der in einem Front Opening Unified Pod in die Anlage läuft, entweder über Barcode oder über RFID verfolgt, und welche Spur gilt, gibt häufig der Endkunde vor. In anderen Werken laufen beide parallel. RFID trägt dann die Identität des umlaufenden Behälters im Haus, der optische Code trägt das, was von außen mitkommt, also Lieferantenetiketten und Versandkennzeichnungen.

Das ist keine Doppelung, sondern eine Arbeitsteilung. RFID kennt den eigenen Pod, aber nicht die Kiste, die gestern angeliefert wurde, und ein Lieferant wird sein Etikett nicht durch einen Transponder ersetzen. Wer die Kette lückenlos will, plant beide Spuren und legt je Station fest, welche führt. Für die optische Spur zählen dabei vor allem der Load Port und die Pack- oder Auspackstation, weil die Kennung dort ohnehin sichtbar präsentiert wird.

Trays und Magazine erkennen und die passende Konfiguration laden

Ein Tray ist mehr als ein Transportmittel, es ist eine Information. Liegen Chips unterschiedlicher Größe in unterschiedlichen Trayarten, muss die nachgelagerte Prüfstation je Trayart einen anderen Parametersatz fahren. In einem dokumentierten Fall trägt das Tray dafür einen QR-Code von 6 x 6 mm, dessen Inhalt nicht die Charge beschreibt, sondern auf das Setup verweist, das geladen werden soll.

Diese Umkehrung lohnt sich, weil sie den Produktwechsel aus der Bedienung nimmt. Statt dass jemand am Terminal das richtige Programm wählt, meldet der Behälter selbst, was er ist. Zwei Punkte gehören früh geklärt: wer die Zuordnung von Codeinhalt zu Konfiguration pflegt, und was geschehen soll, wenn ein unbekanntes Tray auftaucht. Ein Prozess, der mit dem zuletzt geladenen Parametersatz stillschweigend weiterläuft, ist teurer als ein Halt.

Pufferzeiten belegen: die Lesung als Zeitstempel

Zwischen zwei Prozessschritten steht Material im Puffer, und für Halbleiterware ist das kein neutraler Zustand. In einem dokumentierten Fall dürfen Wafer nicht länger als zwei Stunden im Puffer bleiben. Eine Bestandsliste beantwortet das nicht, denn sie sagt, was da ist, und nicht, seit wann.

Die Lesung wird damit zum Ereignis. Erfasst wird der Behälter beim Einlagern und beim Auslagern, aus dem Paar entsteht die Verweildauer, und die lässt sich später belegen. Bewährt hat sich, den Zeitstempel dort zu erzeugen, wo gelesen wird, und nicht erst in der Auswertung, weil Nacherfassungen und Schichtwechsel die Zeitachse sonst verwischen. Wird mobil erfasst, läuft die Buchung in realen Projekten über eine Webanwendung des Werks, die der Werker auf dem mobilen Computer über den Enterprise Browser bedient. Eine zweite Regel spart Nacharbeit: Verweilt ein Behälter im Lesefeld, verhindert die Einstellung Doppellesung verhindern, dass derselbe Code mehrfach als neuer Vorgang gebucht wird.

Rund um die Uhr verfügbar und ohne Integrator wartbar

Halbleiterlogistik läuft durch. In dokumentierten Anwendungen lautet die Anforderung 24/7-Betrieb ohne Ausfall, mit so wenig Technik wie möglich und ausdrücklich mit einer Lösung, die ohne Integrator auskommt. Das ist weniger eine Preisfrage als eine Verfügbarkeitsfrage, denn wer nachts auf einen externen Dienstleister warten muss, hat die Station falsch ausgelegt.

Drei nüchterne Anforderungen folgen daraus. Die Konfiguration liegt im Gerät, lässt sich als Datei sichern und auf ein Ersatzgerät zurückspielen. Die Anbindung nutzt, was die Anlage ohnehin spricht: nativ EtherNet/IP, für EtherCAT die Kommunikationseinheit SR-EC1, für PROFINET die SR-PN1. Und das Einrichten bleibt dem Werkspersonal möglich, damit ein neuer Behältertyp keine Programmierdienstleistung auslöst. Soll neben dem Code zusätzlich Klarschrift erfasst werden, etwa eine Losnummer auf einem Etikett, ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit AI-OCR der dokumentierte Weg.

Häufige Fragen

F Wird in der Halbleiterlogistik der Wafer oder der Behälter identifiziert?

Auf der Logistikebene der Behälter. Gebucht wird, welcher Stapel, welche Kassette, welche Box oder welches Tray gerade bewegt wird, weil das Produkt darin verpackt und häufig gar nicht einsehbar ist. Die Markierung des Wafers selbst und das Lesen der Wafer-ID sind eine eigene Aufgabe und im Beitrag „Kennzeichnung in der Halbleiterfertigung" beschrieben.

F Wie liest man einen Code durch glänzende Schutzfolie?

Am Handplatz mit einem mobilen Computer der Modellreihe BT-A, also BT-A700 oder dem neueren kompakten BT-A600, weil der Werker Winkel und Abstand gegen die Spiegelung variieren kann. An einer festen Station hilft diffuse statt gerichteter Beleuchtung. Das Öffnen der Verpackung ist keine Option, wenn die Ware unter Schutzatmosphäre gepackt ist.

F Was tun, wenn die Boxen undefiniert in der Umverpackung liegen?

Sichtfeld und Tiefenschärfe nach der tatsächlichen Streuung auslegen, nicht nach der Sollposition. Für ein Feld in der Größenordnung von 300 x 200 mm von oben und für Leser, die weiter zurückstehen müssen, ist der Codeleser der Modellreihe SR-2000 die passende Klasse, für den kurzen Abstand am Greifer der Codeleser der Modellreihe SR-X.

F Ersetzt der optische Code die RFID-Kennzeichnung an FOUP und FOSB?

Nein, in der Praxis stehen beide nebeneinander. RFID trägt die Identität des umlaufenden Behälters im Werk, der optische Code trägt Lieferantenetiketten und Versandkennzeichnungen, die von außen mitkommen. Sinnvoll ist, je Station festzulegen, welche der beiden Spuren führt, statt eine davon nachträglich verdrängen zu wollen.

F Wie lassen sich Pufferzeiten lückenlos nachweisen?

Über eine Lesung beim Einlagern und eine beim Auslagern, aus denen die Verweildauer entsteht. Der Zeitstempel gehört an die Lesestelle und nicht in eine spätere Auswertung, sonst verwischen Nacherfassung und Schichtwechsel die Zeitachse. Damit wird auch eine harte Grenze belegbar, etwa die dokumentierte Vorgabe von maximal zwei Stunden Pufferzeit.

F Wie erkennt eine Station, welche Trayart gerade ankommt?

Über einen Code am Tray, dessen Inhalt nicht die Charge beschreibt, sondern auf die zu ladende Konfiguration verweist. In einem dokumentierten Fall ist das ein QR-Code von 6 x 6 mm. Zwei Punkte gehören dazu: eine gepflegte Zuordnung von Codeinhalt zu Parametersatz und eine definierte Reaktion auf unbekannte Trays.

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