Een toeleverancier die twee promotieplaatsen aan de universiteit mee financiert; dat is uniek. VDL ETG doet het. Twee TU/e-promovendi bij Technische Natuurkunde en Werktuigbouwkunde kijken hoe een robot in een waferhandler schoner, beter en betrouwbaarder werkt. Door een ander ontwerp én door toepassing van plasmatechnologie. Ze krijgen begeleiding van hun promotoren op de universiteit. Ton Peijnenburg, manager systems engineering bij VDL ETG, heeft de rol van coach: ‘Ik leer hier zelf ook veel van.’
‘Het past bij de transitie naar breed verantwoordelijke toeleverancier’
VDL ETG in Eindhoven produceert sinds jaar en dag modules voor de waferhandlers van ASML. De toeleverancier is inmiddels ook verantwoordelijk voor de complete ontwikkeling ervan. Eén van de vele aspecten in het ontwerp is het tegengaan van contaminatie. De halfgeleiderindustrie maakt steeds kleinere microchips en het voorkómen van nano- tot micrometer-deeltjesbesmetting tijdens de productie is cruciaal. Het moet allemaal beter, goedkoper, maar vooral ook schoner. Robots zijn belangrijke onderdelen in de waferhandlers en juist zij veroorzaken veel vervuiling met hun continue, snelle bewegingen. Dat vraagt om drastische verbeteringen.
Multidisciplinair
Het is een perfect onderwerp voor onderzoek binnen het High Tech Systems Center (HTSC), waarin diverse TU/e-faculteiten en industriële partners nauw samen optrekken. Ton Peijnenburg: ‘Mijn baas Guustaaf Savenije heeft een jaar of drie geleden tijdens de opening ook gesproken: we willen als VDL ETG nadrukkelijk actief meewerken en niet alleen meeluisteren. Ik ben hier één dag in de week als fellow.’ Hij heeft twee taken: hij onderzoekt hoe het HTSC consortia kan vormen rondom onderwerpen die voor meerdere bedrijven interessant zijn. En hij bekijkt hoe system engineering en system design een goede plek kunnen krijgen binnen relevante TU/e-opleidingen. Peijnenburg: ‘Als je voorheen de term ‘multidisciplinair’ liet vallen, zeiden mensen op de universiteit: “O, maar dat kan niet, we willen wel echte werktuigbouwers afleveren. Of echte natuurkundigen.” Natuurlijk, die diepgang moet blijven, maar een onderzoeksteam is tegenwoordig per definitie multidisciplinair. Ook promovendi hebben die brede blik nodig.’ Inmiddels zijn zo’n zestig onderzoekers bezig met promotieonderzoek onder de vlag van het HTSC.
Hoger niveau
VDL ETG doet al langer losse projecten met de TU/e en heeft stagiairs en afstudeerders, maar tilt dat nu op een hoger niveau door promotieplaatsen mee te financieren. Dit onderzoek gebeurt specifiek voor VDL ETG. De zogeheten Impulsregeling maakt het extra aantrekkelijk voor bedrijven: ‘Wie één opdracht financiert, krijg er een tweede kosteloos erbij. De investering van het bedrijf wordt gematched met een investering van de universiteit. Buy one, get one free, dat idee. De ene promovendus werkt gestuurd door een bij uitstek industriële vraag, de andere van het duo werkt meer vanuit de fundamentele, academische kant.’
We laten zien dat we onze grotere verantwoordelijkheid serieus oppakken’
VDL ETG bracht als onderwerp de robot met zijn vervuiling in. Het HTSC wilde daar een onderwerp vanuit de regeltechniek naast leggen. ‘We hebben laten weten dat we veel liever meer willen weten over de mogelijkheden van plasmatechnologie om de verontreiniging in onze modules voor diverse semiconductor klanten in de halfgeleidermarkt onder controle te krijgen.’ En die combinatie werd het. ‘Ontwerp, realisatie en testen van een vacuümrobot voor het manipuleren van substraten’ is nu het onderwerp van promovendus Rick Baade van de faculteit Werktuigbouwkunde. Collega-promovendus Boy van Minderhout van Technische Natuurkunde kijkt naar ‘Plasma-ondersteunde contaminatiecontrole voor ultraschone vacuümsystemen’. Beiden willen graag onderzoek doen, maar dan wel met het bedrijfsleven in het vizier.
Alternatieve architectuur
Rick Baade liep stage bij ASML en deed een opdracht bij VDL ETG, dus hij weet voor wie hij werkt. Tijdens de verdediging van zijn afstudeerwerk stelde wetenschappelijk directeur Maarten Steinbuch van het HTSC Rick voor om te gaan promoveren op het VDL ETG-onderwerp. Robots van nu zijn ontwikkeld om in atmosferische omstandigheden te gebruiken. Processen in halfgeleiderindustrie zijn al snel in vacuüm. Baade: ‘De robots van vrijwel alle leveranciers op de markt hebben dezelfde architectuur. Ik borduur niet voort op wat er bestaat, maar begin bij het begin: wat zijn de hoofdfunctionaliteiten van de robot, met welke eisen en beperkingen moeten we rekening houden in de halfgeleiderindustrie, welke alternatieve oplossingen zijn er zowel voor de manier van bewegen als voor de nu erg complexe afdichtingen?’
Dat overhoop gooien van de traditionele architectuur is niet eenvoudig, maar het werkt verhelderend.
Dat overhoop gooien van de traditionele architectuur is niet eenvoudig, maar het werkt verhelderend. Doel is een systeem met minder bewegende massa, dat minder vervuiling oplevert, betrouwbaar is en nog steeds voldoende stijfheid heeft. Met de nieuwe robotarchitectuur is Rick een heel eind. Nu bouwt hij aan een testopstelling, vooral ook om het verontreinigingsgedrag van diverse bestaande afdichtingen en speciale plasma-afdichtingen te onderzoeken.
Daarbij werkt hij nauw samen met Boy van Minderhout. Ook die liep stage bij ASML en ook hij wilde een onderzoek waarbij de academische wereld en het bedrijfsleven betrokken zijn. Tijdens zijn masterstudie bouwde hij een testopstelling voor onderzoek aan plasma’s, geïoniseerde gassen. Plasma’s – een mix van elementaire deeltjes zoals vrije elektronen, ionen en atomen – kunnen verontreinigende stofdeeltjes elektrisch opladen en gecontroleerd afvangen. Toepassen van plasma voor het controleren van contaminatie in de waferhandler is nieuw. Hoe gaan deeltjes door het systeem heen? Wat voor interactie ontstaat er tussen de fijne deeltjes en plasma’s? Werkt dit in vacuümsystemen? Ton: ‘Binnen een bedrijfsontwikkelomgeving loop je bij die vele vragen vast en is het al snel: “Jammer, dit werkt niet, laat maar.” Maar Boy en Rick kunnen doorzoeken.’
Weerbarstige materie
De twee promovendi noemen het leuk en leerzaam om samen te werken en te sparren. Boy: ‘Door ieder met onze eigen achtergrond naar de problematiek te kijken, word je ook creatiever. Ik krijg nieuwe ideeën die ik anders wellicht niet gehad zou hebben.’ Rick: ‘Het is interessant om aan een echt probleem te werken en samen een echt prototype te bouwen.’
Ook Ton Peijnenburg, elektrotechnicus van origine, leert er veel van. ‘Ik vind het heel boeiend om mee te denken. De problemen zijn aardig weerbarstig en fundamenteel. De uitkomsten van dit onderzoek kunnen we uiteindelijk gebruiken voor meerdere toepassingen en meerdere klanten. Binnen de reguliere ontwikkelomgeving blijf je door de tijdsdruk eerder op de gebaande paden, je eigen loopgraven, noem ik het. Tijdens een promotie-opdracht is er meer ruimte en kunnen we het ons permitteren om eens helemaal opnieuw te kijken.’
Peijnenburg realiseert zich dat niet iedere toeleverancier ‘eigen’ promovendi wil en kan betalen. Het r&d-budget is toch veel beperkter dan bij een oem’er, terwijl het afwachten is wat eruit komt. De onderzoeksresultaten zijn straks grotendeels openbaar. Die openheid vindt hij prima: ‘Exclusiviteit hebben we doordat we er nauw bij betrokken zijn en alle ins en outs kennen. We halen er voldoende uit om het de moeite waard te maken. Het levert nu al op. En ASML juicht deze stap toe. Het past bij onze transitie naar een bredere verantwoordelijkheid als toeleverancier. We laten als VDL ETG zien dat we dit serieus oppakken.’
