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隔离装置和微环境的探讨

发布时间:2020-09-08      点击次数:1389

一、概述
降低造价及运行费用是洁净室设计所追求的目标,当加强污染控制会带来质量的提高时尤其如此。因此,各种称为“隔离装置”“屏障技术”“微环境”的设施不断涌现出来。“微环境”是半导体工业中常用的术语,“隔离装置”“屏障技术”则在生物洁净如制药工业中经常用到。
各种净化级别的洁净室实际上就是一种隔离装置,使加工工艺及其加工的产品远离污染,提高产品的优良率。可以说,洁净技术就是隔离技术。在洁净技术的发展中曾依次使用过四种半导体工业中的洁净室模式,分别是:全室型、混合型、洁净隧道型和洁净管道型。

上图中,a为全室型;b为混合型;c为洁净隧道型;d为洁净管道型
从上面提到的四种洁净方式或四代解精髓的发展方式可以看出,洁净技术的发展反向就是在努力提高洁净度等级的同时,尽可能的减少超洁净区域的容积,降低洁净厂房的造价和运行费用,达到小化生产成本的目的。
二、微环境
微环境就是利用物理屏障将关键的生产区域加以隔离,免遭污染,并未其提供质量好的空气。而隔离区域以外的其它区域,获得的空气质量可以不如微环境那样好,见图所示:
        
左图是不带微环境的常规洁净室设计图。在洁净室中,在工作人员将硅晶片从一个设备移到另一个设备的地方,系统提供了大量的单向流空气,以保证好的空气条件(即图中的白色部分,ISO 3级水平)。用隔板与设备隔开的服务区,则提供质量较低的空气(即图中的阴影部分,ISO 6级水平)
右图是使用了微环境的设计图。由微环境提供高质量的环境条件(图中白色部分,要求为ISO 3级),而在生产区和服务区均只提供了质量较低的空气(图中阴影部分,要求为ISO 6级或更差些)。可以看出,这种使用了微环境的设计可以大大降低整个系统的送风量,既保证了工艺区域要求的空气洁净度,又降低了能量消耗。
三、SMIF/微环境系统
微环境和SMIF不*是一回事。使用微环境是将加工物件如硅晶片从暴露的区域里隔离开来,免遭污染;同时,还可以专门设计一种运载晶片的载体在工艺设备之间运送硅晶片,用来防止硅晶片在运送的途中被外部的空气污染。这种专门设计的载体就是“标准机械接口,即SMIF”。
SMIF/微环境系统是SMIF与微环境结合在一起,形成一个独立的工作单元。是由SMIF系统、净化设备、围挡结构组成,如图所示:

SMIF系统是个自动化机械装置,是自动物料搬运系统的三个组成部分里的一部分。下面从200mm吊舱来谈SMIF。使用SMIF的工厂使用了封闭式吊舱,在每一台设备上都有一个标准的装载接口来打开吊舱。此外,与SMIF组合的每一台设备都有一个微环境,当晶片从吊舱中搬出后,这个微环境为晶片提供了一个洁净的环境。因为SMIF的吊舱有通用的自动化接口,而且晶片一直与工厂中吊舱移动时产生的潜在污染保持隔离,SMIF的吊舱非常适合AMHS。可见SMIF是与200mm吊舱联系在一起的。
与200mmSMIF概念类似,300mm的FOUP将吊舱密封在一个可控制的环境内,而且用于操作SMIF吊舱的同样类型的机械手也用于工厂内的自动搬运FOUP。FOUP和SMIF在概念上主要有两点不同:一是FOUP的开门在前面,而SMIF的吊舱在底板开门;二是FOUP内部有一个内嵌的晶圆片夹,而SMIF吊舱内部是一个可以移动的晶圆片夹。
硅晶片在工艺设备之间的运送是靠一种标准机械接口箱(SMIF)来进行的,这些接口箱通过标准机械接口的插槽卡在机器上。晶片在机器上加工之后,又放回到接口箱,并与机器分离,再送到另一台机器上,放入其接口中。接口箱可以由人工搬运,也可以由自动化运输系统运输。
四、SMIF的组成
SMIF系统有三个主要部件:SMIF吊舱、SMIF活动臂以及带洁净空气供应的设备密闭罩。

SMIF吊舱是一个特别设计的密闭容器,它有两个特点:一个是密封出入口门的密封垫,另一个是*包围晶片盒的活动衬里。衬里采用特殊性质的材料制成,可以提供一个特殊的局部并将对SMIF吊舱进行清洁的需要减至小。盒中晶片的安全通过一个有效的止动器保证,
止动器可自动缩回使晶片盒进出吊舱。
SMIF臂由特殊设计的机器人组成,它能*将晶片盒自动取出和放置到设备的变址器上。这样,在晶片盒运送过程中,可使沉降在晶片上的粒子减至少。对于各类加工设备的适应性,该系统具有通用晶片盒放置能力。
SMIF密闭罩是一种硬质的屏障物,将工艺设备围在其中,类似一个小型的洁净岛,可以实现加工设备与外界环境的隔离。加工设备的隔离区可以达到优于1级的洁净环境(FFU中安装的是ULPA过滤器)。SMIF臂通过SMIF出入口为晶片盒进入隔离设备环境提供一种方式,并且没有来自外部环境的影响。SMIF密闭罩由FFU、结构框架和透明面板组成。
上图所示的是晶片盒正装入吊舱的情况,节点表示出入口与SMIF吊舱门之间的SMIF密封。

 

 

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