In hightech-Eindhoven wordt baanbrekende technologie ontwikkeld waarmee wetenschappers watertandend nieuwe ontdekkingen doen. Daar ontwikkelt en assembleert Thermo Fisher (voormalig Fei) elektronenmicroscopen die de grenzen van de natuurkundige wetten kunnen opzoeken. Sentech mag meewerken aan twee belangrijke componenten van de Talos™ en de Krios™ transmission electron microscopes (TEM), namelijk het Aperture-mechanisme en de Compustage.

Daarvoor vertrouwt het Eindhovense bedrijf, in 2016 overgenomen door Thermo Fisher, al 15 jaar op de sensorkennis van Sentech. Thermo Fisher is zelfs een van de ontstaansredenen van Sentech. Sensortechnologie zorgt ervoor dat de elektronenbundel exact op een preparaat valt en dat het preparaat in de juiste nulpositie komt.

Het kan niet lang meer duren, of de Eindhovense nanotechnologie van Thermo Fisher, met sensortechnologie van Sentech, zorgt voor de volgende wetenschappelijke doorbraak.

Wetenschappelijk onderzoek op de nanometer

De ontstaansgeschiedenis van Sentech is nauw verbonden met Thermo Fisher. Het bedrijf ontwikkelt en produceert hoogwaardige technologie voor wetenschappelijk onderzoek en diagnostiek.

Thermo Fisher vult dit technologische spectrum aan met microscopie voor nanometer- en zelfs picometeronderzoek. Voor het microscopisch onderzoek op de allerkleinste schaal ontwikkelt het bedrijf de meest geavanceerde en uiterst krachtige elektronenmicroscopen.

De TEM (transmission electron microscope) en SEM (scanning electron microscope) brengen samples tot op subnanometerniveau in beeld. Een schaal die nauwelijks is voor te stellen. Ze maken individuele atomen en moleculen zichtbaar.

Wat tot voor kort voor de mens onzichtbaar was, is nu in hoge resolutie in beeld te brengen. Thermo Fisher’s elektronenmicroscopen tarten letterlijk de uiterste grenzen van ons universum.

Geen wonder dat met Thermo Fisher-microscopen baanbrekende wetenschappelijke doorbraken worden bereikt. Nature heeft de cryo-electron microscopy (cryo-EM) uitgeroepen tot ‘Method of the Year 2015’, een microscopische methode die alleen met Thermo Fisher-microscopen (Krios™) uitgevoerd kan worden.

Voor het eerst in de geschiedenis kunnen wetenschappers eiwitstructuren (RNA en DNA) tot op moleculair en atomair niveau onderzoeken. Wetenschappers van universiteiten en farmaceuten verwachten daaruit nieuwe medicijnen en behandelmethoden voor ziekten te kunnen ontwikkelen.

Ook voor halfgeleideronderzoek en onderzoek naar mineralen, industrieel onderzoek en ander onderzoek op nanometerniveau zijn de Thermo Fisher-microscopen cruciaal.

Sentech-sensoren cruciaal voor TEM-elektronenmicroscoop

De Krios™ TEM is drie meter hoog en wordt in Eindhoven geassembleerd met componenten van diverse toeleveranciers. Een bundel elektronen wordt door een kolom met elektronische ‘lenzen’ naar beneden richting het sample gestuurd. Het te onderzoeken materiaal bevindt zich op de 4-assige stage (Compustage).

Een deel van de elektronen wordt door het materiaal geabsorbeerd. De voorbijschietende elektronen vormen vervolgens een ‘dia-beeld’ van het sample in de image acquisition en detection unit. Software vertaalt de beelden naar een twee- en/of driedimensionaal hoge-resolutiebeeld van het materiaal.

De TEM bestaat uit een aantal hoofdelementen die nauwkeurig geïntegreerd worden in de assemblage. Voor het perfecte beeld van een eiwitstructuur of van het oppervlak van een halfgeleider is het cruciaal dat het sample op de juiste plek in de elektronenbundel wordt gepositioneerd door de Compustage.

Titan Halo microscope met Sentech sensortechnologie

Sensortechnologie van Sentech zorgt al 15 jaar voor de stabiliteit en juiste positie van deze stage. En voor de aansturing van de Aperture-mechanismen, die de elektronenbundel exact richting het sample sturen.

Sentech sprong destijds in het sensorgat dat Honeywell achterliet, toen het zijn sensorproductielijn afstootte. Het bedrijf heeft voor de TEM-uitvoeringen twee typen sensorassemblages ontwikkeld.

De inductieve sensoren zorgen afhankelijk van de toepassing voor de homing (naar het startpunt brengen) of detectie van de stage. De naderingssensor signaleert of de stage in de vacuümruimte aanwezig is. Deze sensor voorkomt dat de ruimte openblijft bij het vacuümtrekken.

In de microscoop zitten meerdere Aperture-mechanismen. Deze positioneren het diafragma in de elektronenbundel. Sentech levert de sensorassemblages met inductieve sensoren aan first-tiers waaronder Frencken. Frencken fabriceert en levert het Aperture-mechanisme.

Partnership – verbeteringen in nauwe samenwerking

Sentech werkt nauw samen met de operation engineers van Thermo Fisher in Eindhoven en met Frencken, de leverancier van het Aperture-mechanisme. Sean Ram, accountmanager bij Sentech, over de samenwerking: “In de afgelopen 15 jaar heeft de ontwikkeling van de TEM niet stilgestaan, met name op het gebied van imaging. De camera’s en beelden zijn enorm verbeterd.”

Vanwege product veranderingen bij Thermo Fisher en door sensortechnologieontwikkelingen zijn verschillende modificaties aan de sensorassembly’s doorgevoerd. “Wij zien onszelf niet als sensorleverancier, maar als sensor integrator die meedenkt met zijn opdrachtgevers. We voelen ons een R&D-verlengstuk van Thermo Fisher. Recent is bijvoorbeeld nog het integrated circuit (ic) in bepaalde sensoren vervangen, omdat het vorige verouderd was.”

Professionele supply chain garandeert hoge kwaliteit

Sentech levert zijn sensorassemblages (inclusief bekabeling) just-in-time aan. Ram: “Sentech hanteert een extreem hoge kwaliteitsnorm die we in de totale keten van ontwikkeling tot distributie hebben geborgd. Alleen zo kun je aan de hoge kwaliteitseisen van hightechopdrachtgevers zoals Thermo Fisher voldoen.”

Het kwaliteitsdenken zit erin bij alle medewerkers. “Dat wil ook zeggen dat we exact op de juiste plaats en op het moment leveren wanneer sensorassemblages in het productie- en assemblageproces nodig zijn. Fouten kunnen we ons niet veroorloven. De hele supply chain is geavanceerd en optimaal ingeregeld, inclusief een cleanroom met productie-, test- en verpakkingsfaciliteiten”, besluit Ram.

Jouw machine optimaliseer je zo met sensorintegratie

Het kan niet lang meer duren, of de Eindhovense nanotechnologie van Thermo Fisher, met sensortechniek van Sentech, zorgt voor de volgende wetenschappelijke doorbraak. Big data is dan onmisbaar bij het slimmer maken van jouw machine.

Op basis van klantbehoeften en het toekomstbeeld bepaal je welke data jij nodig hebt. Bovendien heb je de juiste sensoroplossing nodig om big data te verzamelen.

Wat kan je van technologieën verwachten? Laat je inspireren door ons gratis e-book.

Brainport Eindhoven, een smeltkroes van hightechbedrijven, herbergt een groot aantal opdrachtgevers van Sentech. Het zijn onder andere OEM’s binnen de semiconductormarkt en hun gespecialiseerde toeleveranciers.

Sentech ontwikkelt en levert als hun R&D-partner sensorintegraties, veelal complete sensorassemblages: assy’s. Zo klopte medio 2013 een van de modulebouwers bij Sentech aan voor een nieuwe OEM-ontwikkeling.

Als R&D-partner heeft Sentech die ontwikkeling op zich genomen. Met de oplossingsgerichte sensor- en applicatiekennis heeft Sentech al veel machines en precisietechnologieën naar een hoger niveau getild.

Balans tussen hoge eisen halfgeleidermarkt en kostprijs is een uitdaging

De halfgeleiderindustrie draait om precisiemechanica en mechatronica. Met hightech machines worden in procesruimtes uiterst dunne laagjes materiaal op een substraat (wafer) gelegd. Sentech ontwikkelt voor onder andere de machines van ASML en verschillende toeleveranciers van ASML hoogwaardige sensortechnologie in de vorm van compleet geïntegreerde sensorassy’s.

Deze sensoroplossingen besturen en controleren o.a. transportprocessen naar, in en uit de procesruimtes. Daaruit volgt waardevolle informatie waarmee de halfgeleiderindustrie haar machines en subsystemen kan verbeteren. Precisiewerk op nanometerniveau resulteert in hoge kwaliteitseisen voor alle onderdelen van die systemen.

Daartegenover staat volgens Peter Verstappen, accountmanager bij Sentech, ook de noodzaak om kosten aanvaardbaar te houden. “Bijna alles of veel is mogelijk maar dat heeft een prijs. Sentech voelt zich enorm in zijn element op die weegschaal van technische en commerciële haalbaarheid. Wij vinden het een uitdaging om de meest optimale sensoroplossingen te ontwikkelen binnen een aanvaardbaar budget.”

Probleemstelling en uitdaging van de opdrachtgever zijn Sentechs uitgangspunten

Sentech krijgt regelmatig verzoeken van semicon OEM’s en hun toeleveranciers om hun R&D-ondersteuning te zijn. Verstappen: “Wij denken mee over de sensorvraagstukken in hun ontwerpen. Je moet dan vooral denken aan het detecteren, regelen en meten van het transportproces van wafers in en uit de procesruimtes.”

In die procesruimtes vindt de oppervlaktebewerking van de wafer plaats. Dat vereist uiterste precisie, maar doordat het proces op zo’n kleine schaal plaatsvindt, is het voor het blote oog niet zichtbaar. Voor het positioneren, regelen en meten van de wafers zijn sensoren nodig.

Verstappen: “Het begint met een functioneel pakket van eisen voor het proces en de functie van een machine of een systeem. Dat vertalen we naar mechatronica. Sentech onderzoekt vervolgens welke sensortechnologie het meest geschikt is voor de controle, besturing en meting. Het is zoeken naar de sweet spot.”

Welke sensortechnologie leent zich het beste voor deze uitdaging? “Daarna pas denken we na over de vorm van een sensor. Daarbij spelen de integrale kosten uiteraard een belangrijke rol.”

Semicon – sensoriek voor transport, positionering, detectie en meting

In de fabricageprocessen van semiconmachines onderscheiden we een aantal processen die met sensoren bestuurd, geregeld en gemeten worden. Het eerste proces is de toevoer van halffabricaten naar de machine. Sensoren zijn nodig om de producten betrouwbaar te selecteren, te detecteren en vervolgens naar de machine te transporteren.

In de volgende stap vindt de oppervlaktebewerking in een procesruimte plaats. De temperatuur, een soms aanwezig vacuüm en eventuele procesgassen zijn bepalend voor de sensortechnologie die daar nodig is. In de laatste processtap wordt het eindproduct vanuit de procesruimte naar de juiste plek gebracht voor verdere verwerking.

Verstappen: “In dit geval was het selecteren en ontwikkelen van de juiste sensortechnologie voor de procesruimte de grootste uitdaging. Hoe dichter je hier op het primaire bewerkingsproces komt, hoe hoger de temperatuur wordt. Normaal zijn sensoren en de interne elektronica bestand tegen temperaturen tot zo’n 70 ⁰C. Voor de procesruimte van deze OEM moesten we sensoren inzetten die bestand zijn tegen temperaturen tot 140 ⁰C.”

In die procesruimte zitten nu temperatuurbestendige inductieve proximity switches. “Ook moesten we rekening houden met speciale golflengtes licht waarbij de meeste materialen sterk verouderen en degenereren. Sentech heeft daar met al zijn ervaring verstand van. Voor deze toepassing hebben we gezocht naar de beste fit in de markt ten opzichte van de functionele eisen en de kosten voor integratie. We proberen dan altijd standaard off-the-shelf sensorproducten te vinden voor de assy’s, omdat ontwikkeling geen doel is op zich.”

Wat is een wens en wat is een eis, zijn cruciale vragen om te stellen om tot de meest geschikte oplossing te komen. “Voor deze opdrachtgever kwam daar, voor de meeste posities, een direct inzetbare sensorintegratie van standaardcomponenten uit. Op een aantal locaties hebben we het ontwerp van de sensor aangepast aan de omgevingseisen of dimensies. Dat leidde tot een temperatuurbestendige benaderingsschakelaar inclusief bekabeling en connector en een temperatuursensor in een speciale behuizing.”

In totaal zijn voor deze opdrachtgever zeven verschillende sensortechnologieën ingezet waaronder: optische en inductieve sensortechnologie, temperatuursensoren, O₂-sensoren, optische encoders, glasvezelsensoren en contactloze stralingssensoren (pyrometers).

R&D-partner voor semicon: werken aan sensorintegratie

Sentech werkt voor veel spelers in de Nederlandse semiconmarkt. Die zijn voornamelijk geconcentreerd in de drie technologieregio’s, waar zich, niet geheel toevallig, ook de Technische Universiteiten bevinden.

Verstappen: “Met deze modulebouwer zijn we de OEM-ontwikkeling in 2013 gestart. Na een relatief rustig tussenjaar zijn we medio 2015 gevraagd de volgende ontwikkelstappen te ondersteunen. Sentech levert nu een verscheidenheid aan sensoren en assy’s die in deze machines worden toegepast. Als zijn R&D-partner organiseren we op essentiële momenten bijeenkomsten met de betrokken engineers en systeemarchitechten. Dat doen we om e-mailpingpongen te voorkomen en interpretaties niet aan het toeval over te laten.”

Sentech neemt voor sensorontwikkeling het initiatief. “Onze klanten geven terug dat we daar echt uniek in zijn. De bijeenkomsten dragen bij aan de focus op technologische en financiële haalbaarheid. En zo houden we er de snelheid in.”

Voor deze opdrachtgever viel na het eerste ontwerp nog veel te winnen, omdat nog niet alle sensorfuncties als compleet gevalideerde sensorassy’s geleverd werden. “Een assy heeft veel voordelen: het zorgt voor een hogere betrouwbaarheid omdat Sentech de volledige assy kan testen en perfectioneren. Het werken met assy’s maakt modulair bouwen en assembleren van de machines mogelijk, wat naast het borgen van de kwaliteit ook een snellere doorlooptijd oplevert”, legt de accountmanager uit.

Meerwaarde voor hightech fabrikanten

In complexe hightech ontwikkelprocessen komt de meerwaarde van Sentech echt tot zijn recht. Verstappen: “Hoe complexer de technologische uitdaging, hoe noodzakelijker een sensorexpert is. In zo’n ontwikkelproces is Sentech op zijn best. Daar waar de grote sensorproducenten moeten afhaken, kunnen wij voor de beste oplossingen tegen aanvaardbare kosten zorgen. Wij houden van technisch complexe vragen en uitdagingen.”

Richting de opdrachtgevers is Sentech bovendien heel transparant en worden duidelijke alternatieven voorgelegd. “Maar we zijn niet alleen een betrouwbare R&D-partner. Betrouwbaarheid en kwaliteit van onze productie-, test- en distributieprocessen zijn van een net zo hoog niveau.”

Wat Verstappen zegt, wordt bevestigd door Sentechs verscheidenheid aan kwaliteitscertificaten van kwaliteitsinstituten.

Sensortechnologie implementeren doe je zo

Succesvolle sensortechnologie integreren brengt uitdagingen met zich mee. Want hoe bereid je jezelf voor op omgevingsfactoren waar je jezelf nu nog niet bewust van bent? En welke sensortrends kan je in de toekomst verwachten als engineer?

In ons gratis e-book vind je antwoorden hierop, inclusief praktische voorbeelden van veel voorkomende sensorvraagstukken en oplossingen.