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隔離裝置和微環(huán)境的探討

更新時(shí)間:2020-09-08  |  點(diǎn)擊率:2654

一、概述
降低造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用是潔凈室設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo),當(dāng)加強(qiáng)污染控制會(huì)帶來(lái)質(zhì)量的提高時(shí)尤其如此。因此,各種稱為“隔離裝置”“屏障技術(shù)”“微環(huán)境”的設(shè)施不斷涌現(xiàn)出來(lái)。“微環(huán)境”是半導(dǎo)體工業(yè)中常用的術(shù)語(yǔ),“隔離裝置”“屏障技術(shù)”則在生物潔凈如制藥工業(yè)中經(jīng)常用到。
各種凈化級(jí)別的潔凈室實(shí)際上就是一種隔離裝置,使加工工藝及其加工的產(chǎn)品遠(yuǎn)離污染,提高產(chǎn)品的優(yōu)良率。可以說(shuō),潔凈技術(shù)就是隔離技術(shù)。在潔凈技術(shù)的發(fā)展中曾依次使用過(guò)四種半導(dǎo)體工業(yè)中的潔凈室模式,分別是:全室型、混合型、潔凈隧道型和潔凈管道型。

上圖中,a為全室型;b為混合型;c為潔凈隧道型;d為潔凈管道型
從上面提到的四種潔凈方式或四代解精髓的發(fā)展方式可以看出,潔凈技術(shù)的發(fā)展反向就是在努力提高潔凈度等級(jí)的同時(shí),盡可能的減少超潔凈區(qū)域的容積,降低潔凈廠房的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用,達(dá)到小化生產(chǎn)成本的目的。
二、微環(huán)境
微環(huán)境就是利用物理屏障將關(guān)鍵的生產(chǎn)區(qū)域加以隔離,免遭污染,并未其提供質(zhì)量好的空氣。而隔離區(qū)域以外的其它區(qū)域,獲得的空氣質(zhì)量可以不如微環(huán)境那樣好,見圖所示:
        
左圖是不帶微環(huán)境的常規(guī)潔凈室設(shè)計(jì)圖。在潔凈室中,在工作人員將硅晶片從一個(gè)設(shè)備移到另一個(gè)設(shè)備的地方,系統(tǒng)提供了大量的單向流空氣,以保證好的空氣條件(即圖中的白色部分,ISO 3級(jí)水平)。用隔板與設(shè)備隔開的服務(wù)區(qū),則提供質(zhì)量較低的空氣(即圖中的陰影部分,ISO 6級(jí)水平)
右圖是使用了微環(huán)境的設(shè)計(jì)圖。由微環(huán)境提供高質(zhì)量的環(huán)境條件(圖中白色部分,要求為ISO 3級(jí)),而在生產(chǎn)區(qū)和服務(wù)區(qū)均只提供了質(zhì)量較低的空氣(圖中陰影部分,要求為ISO 6級(jí)或更差些)。可以看出,這種使用了微環(huán)境的設(shè)計(jì)可以大大降低整個(gè)系統(tǒng)的送風(fēng)量,既保證了工藝區(qū)域要求的空氣潔凈度,又降低了能量消耗。
三、SMIF/微環(huán)境系統(tǒng)
微環(huán)境和SMIF不*是一回事。使用微環(huán)境是將加工物件如硅晶片從暴露的區(qū)域里隔離開來(lái),免遭污染;同時(shí),還可以專門設(shè)計(jì)一種運(yùn)載晶片的載體在工藝設(shè)備之間運(yùn)送硅晶片,用來(lái)防止硅晶片在運(yùn)送的途中被外部的空氣污染。這種專門設(shè)計(jì)的載體就是“標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口,即SMIF”。
SMIF/微環(huán)境系統(tǒng)是SMIF與微環(huán)境結(jié)合在一起,形成一個(gè)獨(dú)立的工作單元。是由SMIF系統(tǒng)、凈化設(shè)備、圍擋結(jié)構(gòu)組成,如圖所示:

SMIF系統(tǒng)是個(gè)自動(dòng)化機(jī)械裝置,是自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)的三個(gè)組成部分里的一部分。下面從200mm吊艙來(lái)談SMIF。使用SMIF的工廠使用了封閉式吊艙,在每一臺(tái)設(shè)備上都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的裝載接口來(lái)打開吊艙。此外,與SMIF組合的每一臺(tái)設(shè)備都有一個(gè)微環(huán)境,當(dāng)晶片從吊艙中搬出后,這個(gè)微環(huán)境為晶片提供了一個(gè)潔凈的環(huán)境。因?yàn)镾MIF的吊艙有通用的自動(dòng)化接口,而且晶片一直與工廠中吊艙移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的潛在污染保持隔離,SMIF的吊艙非常適合AMHS。可見SMIF是與200mm吊艙聯(lián)系在一起的。
與200mmSMIF概念類似,300mm的FOUP將吊艙密封在一個(gè)可控制的環(huán)境內(nèi),而且用于操作SMIF吊艙的同樣類型的機(jī)械手也用于工廠內(nèi)的自動(dòng)搬運(yùn)FOUP。FOUP和SMIF在概念上主要有兩點(diǎn)不同:一是FOUP的開門在前面,而SMIF的吊艙在底板開門;二是FOUP內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)嵌的晶圓片夾,而SMIF吊艙內(nèi)部是一個(gè)可以移動(dòng)的晶圓片夾。
硅晶片在工藝設(shè)備之間的運(yùn)送是靠一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口箱(SMIF)來(lái)進(jìn)行的,這些接口箱通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口的插槽卡在機(jī)器上。晶片在機(jī)器上加工之后,又放回到接口箱,并與機(jī)器分離,再送到另一臺(tái)機(jī)器上,放入其接口中。接口箱可以由人工搬運(yùn),也可以由自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸。
四、SMIF的組成
SMIF系統(tǒng)有三個(gè)主要部件:SMIF吊艙、SMIF活動(dòng)臂以及帶潔凈空氣供應(yīng)的設(shè)備密閉罩。

SMIF吊艙是一個(gè)特別設(shè)計(jì)的密閉容器,它有兩個(gè)特點(diǎn):一個(gè)是密封出入口門的密封墊,另一個(gè)是*包圍晶片盒的活動(dòng)襯里。襯里采用特殊性質(zhì)的材料制成,可以提供一個(gè)特殊的局部并將對(duì)SMIF吊艙進(jìn)行清潔的需要減至小。盒中晶片的安全通過(guò)一個(gè)有效的止動(dòng)器保證,
止動(dòng)器可自動(dòng)縮回使晶片盒進(jìn)出吊艙。
SMIF臂由特殊設(shè)計(jì)的機(jī)器人組成,它能*將晶片盒自動(dòng)取出和放置到設(shè)備的變址器上。這樣,在晶片盒運(yùn)送過(guò)程中,可使沉降在晶片上的粒子減至少。對(duì)于各類加工設(shè)備的適應(yīng)性,該系統(tǒng)具有通用晶片盒放置能力。
SMIF密閉罩是一種硬質(zhì)的屏障物,將工藝設(shè)備圍在其中,類似一個(gè)小型的潔凈島,可以實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備與外界環(huán)境的隔離。加工設(shè)備的隔離區(qū)可以達(dá)到優(yōu)于1級(jí)的潔凈環(huán)境(FFU中安裝的是ULPA過(guò)濾器)。SMIF臂通過(guò)SMIF出入口為晶片盒進(jìn)入隔離設(shè)備環(huán)境提供一種方式,并且沒(méi)有來(lái)自外部環(huán)境的影響。SMIF密閉罩由FFU、結(jié)構(gòu)框架和透明面板組成。
上圖所示的是晶片盒正裝入吊艙的情況,節(jié)點(diǎn)表示出入口與SMIF吊艙門之間的SMIF密封。