一、概述
降低造價及運行費用是潔凈室設計所追求的目標,當加強污染控制會帶來質量的提高時尤其如此。因此,各種稱為“隔離裝置”“屏障技術”“微環境”的設施不斷涌現出來。“微環境”是半導體工業中常用的術語,“隔離裝置”“屏障技術”則在生物潔凈如制藥工業中經常用到。
各種凈化級別的潔凈室實際上就是一種隔離裝置,使加工工藝及其加工的產品遠離污染,提高產品的優良率。可以說,潔凈技術就是隔離技術。在潔凈技術的發展中曾依次使用過四種半導體工業中的潔凈室模式,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展方式可以看出,潔凈技術的發展反向就是在努力提高潔凈度等級的同時,盡可能的減少超潔凈區域的容積,降低潔凈廠房的造價和運行費用,達到小化生產成本的目的。
二、微環境
微環境就是利用物理屏障將關鍵的生產區域加以隔離,免遭污染,并未其提供質量好的空氣。而隔離區域以外的其它區域,獲得的空氣質量可以不如微環境那樣好,見圖所示:
左圖是不帶微環境的常規潔凈室設計圖。在潔凈室中,在工作人員將硅晶片從一個設備移到另一個設備的地方,系統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級水平)。用隔板與設備隔開的服務區,則提供質量較低的空氣(即圖中的陰影部分,ISO 6級水平)
右圖是使用了微環境的設計圖。由微環境提供高質量的環境條件(圖中白色部分,要求為ISO 3級),而在生產區和服務區均只提供了質量較低的空氣(圖中陰影部分,要求為ISO 6級或更差些)。可以看出,這種使用了微環境的設計可以大大降低整個系統的送風量,既保證了工藝區域要求的空氣潔凈度,又降低了能量消耗。
三、SMIF/微環境系統
微環境和SMIF不*是一回事。使用微環境是將加工物件如硅晶片從暴露的區域里隔離開來,免遭污染;同時,還可以專門設計一種運載晶片的載體在工藝設備之間運送硅晶片,用來防止硅晶片在運送的途中被外部的空氣污染。這種專門設計的載體就是“標準機械接口,即SMIF”。
SMIF/微環境系統是SMIF與微環境結合在一起,形成一個獨立的工作單元。是由SMIF系統、凈化設備、圍擋結構組成,如圖所示:
SMIF系統是個自動化機械裝置,是自動物料搬運系統的三個組成部分里的一部分。下面從200mm吊艙來談SMIF。使用SMIF的工廠使用了封閉式吊艙,在每一臺設備上都有一個標準的裝載接口來打開吊艙。此外,與SMIF組合的每一臺設備都有一個微環境,當晶片從吊艙中搬出后,這個微環境為晶片提供了一個潔凈的環境。因為SMIF的吊艙有通用的自動化接口,而且晶片一直與工廠中吊艙移動時產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吊艙聯系在一起的。
與200mmSMIF概念類似,300mm的FOUP將吊艙密封在一個可控制的環境內,而且用于操作SMIF吊艙的同樣類型的機械手也用于工廠內的自動搬運FOUP。FOUP和SMIF在概念上主要有兩點不同:一是FOUP的開門在前面,而SMIF的吊艙在底板開門;二是FOUP內部有一個內嵌的晶圓片夾,而SMIF吊艙內部是一個可以移動的晶圓片夾。
硅晶片在工藝設備之間的運送是靠一種標準機械接口箱(SMIF)來進行的,這些接口箱通過標準機械接口的插槽卡在機器上。晶片在機器上加工之后,又放回到接口箱,并與機器分離,再送到另一臺機器上,放入其接口中。接口箱可以由人工搬運,也可以由自動化運輸系統運輸。
四、SMIF的組成
SMIF系統有三個主要部件:SMIF吊艙、SMIF活動臂以及帶潔凈空氣供應的設備密閉罩。
SMIF吊艙是一個特別設計的密閉容器,它有兩個特點:一個是密封出入口門的密封墊,另一個是*包圍晶片盒的活動襯里。襯里采用特殊性質的材料制成,可以提供一個特殊的局部并將對SMIF吊艙進行清潔的需要減至小。盒中晶片的安全通過一個有效的止動器保證,
止動器可自動縮回使晶片盒進出吊艙。
SMIF臂由特殊設計的機器人組成,它能*將晶片盒自動取出和放置到設備的變址器上。這樣,在晶片盒運送過程中,可使沉降在晶片上的粒子減至少。對于各類加工設備的適應性,該系統具有通用晶片盒放置能力。
SMIF密閉罩是一種硬質的屏障物,將工藝設備圍在其中,類似一個小型的潔凈島,可以實現加工設備與外界環境的隔離。加工設備的隔離區可以達到優于1級的潔凈環境(FFU中安裝的是ULPA過濾器)。SMIF臂通過SMIF出入口為晶片盒進入隔離設備環境提供一種方式,并且沒有來自外部環境的影響。SMIF密閉罩由FFU、結構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,節點表示出入口與SMIF吊艙門之間的SMIF密封。