Omgedraaide lineaire motor versnelt zonnecelproductie

In een hal van OTB aan de Luchthavenweg in Eindhoven staat een depositiemachine voor zonnecellen in werking. Een gripper pakt vier silicium wafers op. Hij brengt de wafers naar een luchtsluis en geeft ze via deze sluis over aan een carriër in de vacuümketel. Dit karretje rijdt over twee metalen rails verder en sluit achteraan bij een rij identieke wagentjes. Ze wachten tot ze aan de beurt zijn in het continue opdampproces voor de antireflectiecoating.

Langzaam rijden de wagentjes langs de infraroodbron waar ze opwarmen tot zo‘n vijfhonderd graden Celsius. Daarna volgt de plasmabron. Die brengt een laag siliciumnitride aan. Na afkoeling verlaten de plakken de vacuümkamer weer via dezelfde luchtsluis waar het binnenkwam.

Begin dit jaar lanceerde OTB deze gloednieuwe machine. Hij heeft een doorvoer van 1500 wafers per uur, bijna 500 meer dan zijn voorganger. De takttijd, de tijd waarin de carriërs met vier plakken elkaar opvolgen, is in de nieuwste machine teruggebracht tot tien seconden.

Deze snelheid komt deels doordat het vernieuwde load-locksysteem geen bottleneck vormt. Het bovenste deel van de carriër en de deksel van de vacuümgripper dienen als afsluiting van de luchtsluis. De tijd die de load-lock nodig heeft om vacuüm te trekken ligt rond de drieëneenhalve seconde.

Lineair motorprincipe

Het vacuümtransportsysteem dicteert echter de processnelheid. Die is nu fors verhoogd door de ontwikkeling van een nieuw lineair motorsysteem. Het systeem van de zonnecellijn is gebaseerd op een lineair motorprincipe. De elektromotoren liggen daarbij buiten (onder) de vacuümkamer. De vaste magneten zitten op de carriërs in de procesruimte. Hallsensoren bepalen de positie van de karretjes.

 advertorial 

Test less, verify Moore

At the Bits&Chips Event 2023 on 12 October 2023, Phillipa Hopcroft from Crocotec and Ivo ter Horst from ASML will kick off with a keynote speech on transforming how lithography machine software is built. Make sure to keep an eye on the website for program updates and save the date!

De karretjes lopen over rails – ronde metalen stangen – en zitten op drie punten vast om het nemen van de bochten in de lijn te versoepelen. Alle aansturing, sensoriek en bekabeling zit buiten de vacuümkamer. Daardoor valt het systeem goedkoper uit en is minder onderhoudsgevoelig.

De magneten en de carriërs zijn gescheiden door een roestvaststalen plaat van drie millimeter dik. Hiervoor gebruikt OTB austenitisch roestvaststaal, een legering die niet-magnetisch is. De magnetische veldlijnen lopen daarbij door de vacuümwand. Omdat die van metaal is treden Eddy-currents (wervelstromen) op. ’Maar wij hebben er niet zo‘n last van, omdat de magnetische veldwisselingen vrij laagfrequent zijn‘, zegt Peter Brier van OTB. ’Het belangrijkste is dat de wand niet-magnetisch, sterk en vacuümcompatibel is.‘

Ferry

Door de wagentjes met magneten van buiten het vacuümproces aan te sturen (zodat ze afzonderlijk van elkaar kunnen bewegen) krijgt OTB het voor elkaar om de combinatie van continue processen met een discontinue luchtsluis soepel uit te voeren.

Aan het systeem wordt nog steeds gesleuteld. ’In de voorgaande serie machines hadden we een vierkant traject waarbij de karretjes over twee baantjes reden met aan de uiteinden een ferry om ze over te hevelen. Een rondloopbaantje is een stuk sneller‘, vertelt Brier.

Voor de volgende generaties ligt de aandacht in de ontwikkeling op kosteneffectiviteit door de techniek nog beter in de machines te integreren. De aansturing van de elektronica kan sneller. ’We zoeken nieuwe manieren van monteren voor de magneetplaten, zodat ze ook in vacuüm minder problemen geven. Er spelen nog wat atmosferische issues zoals de verlijming en montage van de magneetplaten. We willen geen verontreinigingen in de proceskamer, dus de lijm mag niet uitgassen. Kleine holtes die langzaam leeglopen zijn ook een probleem. In het mechanische ontwerp willen we daarop optimaliseren.‘

Dicht bij de deur

OTB gebruikt zoveel mogelijk bestaande kennis en technieken. Waar nodig ontwikkelt de machinebouwer het zelf, al dan niet in samenwerking met partners. Dat zijn meestal bedrijven die in de buurt zitten. ’We kiezen onze ontwikkelingspartners dicht bij de deur, omdat je elkaar dan makkelijker tegen komt‘, licht Brier toe. ’Dit is een stuk sneller. Het ontwikkelen is dan eerder een kwestie van maanden in plaats van jaren. Door op tafel wat te spelen met spoeltjes en bewegende deeltjes heb je vaak binnen een paar maanden een toepassing waar je anders jaren over doet. Er zijn gevallen waarin we ons ontwerp zelfs aanpassen aan wat de leverancier kan.‘

Voor het transportsysteem werkte OTB samen met Tecnotion en Bosch Rexroth. Het Almelose Tecnotion leverde de motorcomponenten. De besturing is voor een groot deel door Bosch Rexroth gedaan. Beide bedrijven leveren de ontwikkelde technologie inmiddels ook aan andere firma‘s. Tecnotion maakte samen met Bosch Rexroth voor een andere klant bijvoorbeeld een robot voor de productie van platte schermen en een sputtermachine. Zolang dit geen concurrentie oplevert, vindt OTB het best. ’Wij duiken vaak impulsief in technologie waarvan je later denkt: ’Waarom zijn we er eigenlijk aan begonnen?‘‘, aldus Brier. ’Achteraf ontstaat dan de situatie dat we een product hebben ontwikkeld dat niet binnen onze eigen activiteiten past, maar waarvoor vaak wel een andere, grotere markt is. Als een leverancier zulke technologie vermarkt kan de prijs vaak naar beneden. Dat is ook in ons voordeel.’

Of er in de toekomst nog veel ruimte is voor impulsief onderzoek valt te bezien. De zonnecelproductielijn is al meer dan twee jaar op de markt. Voor de continuïteit is het nu belangrijk om werkkapitaal te hebben om door te groeien. Daar verwacht OTB door middel van een beursgang aan te komen.