半導體制造業發展的早期見證了1級潔凈室的建設。一個典型的200mm 晶圓廠的建設成本超過10億美元。而一旦晶圓廠建成后,花費還遠不...
半導體制造業發展的早期見證了1級潔凈室的建設。一個典型的200mm 晶圓廠的建設成本超過10億美元。而一旦晶圓廠建成后,花費還遠不止于此,還將增加維持這些無塵環境的運營成本。這些晶圓廠建造得靈活而牢固,擁有大型風扇和循環風扇用以保持一種無塵環境和滿足空調負載計算的需要;并在不同位置安裝了空氣粒子監測系統,以監測任何可能的大量粒子的出現。潔凈度條件要求采用一種非常嚴格的著裝規定。所有晶圓廠的最低要求是工作人員必須身著單層長袍、橡膠手套、短靴和發套等。
1984年,Asyst Technologies, Inc 推出一種新技術,用以降低傳統晶圓廠的建設和運營費用。這種名為“標準機械界面 (standard mechanical interface,
SMIF)”的技術以“隔離技術”概念為中心。隔離技術旨在通過將晶圓封閉在一個超潔凈的環境中,同時放寬對這個封閉環境以外的潔凈度要求來防止產品被污染。起初,SMIF由三部分組成,用來封閉在制造過程中存儲和運輸盒裝半導體晶圓的
集裝箱,即SMIF-Pod(標準機械界面晶圓盒);用來打開 SMIF-Pods 的輸入輸出裝置,即裝載端口;和通過工藝系統實現裝載端口整合的超潔凈封閉式小型環境。操作員通過人工將 SMIF-Pod 送至裝載端口;裝載端口自動打開 SMIF-Pod,除去盒子,并將其置于小型環境中。然后,內建于小型環境中的一個晶圓處理裝置就會移動每個晶圓,使其與制程工藝系統接觸。一旦制程步驟完成,晶圓就被放回盒子和 SMIF-Pod,操作員人工再將其送往下一個步驟。
SMIF 提供了一個潔凈的環境(優于 ISO 三級標準(1級)),同時允許將制造過程的總體潔凈程度降至 ISO 五級(100級),最終提供優于傳統1級凈室10倍以上的晶圓保護。這使得節約巨額先期和運營成本成為可能,同時也使晶圓廠能夠更有效、更具成本效益。
晶圓加工技術已在從200mm 向300mm 制造的轉變過程中發生了翻天覆地的變化。一個滿載300mm 晶圓傳送盒 (front-opening-unified-pod, FOUP) 的重量接近10公斤,而200mm SMIF-Pod 的重量僅為4公斤。300mm FOUP 太重,不宜人工搬運。現在,
自動化物料搬運系統 (automated material handling system, AMHS) 成為工廠規劃中的一個關鍵因素。過去,為人員和物料進出方便、不受限制而設計了隔間。工藝系統以這樣一種方式擺放以縮短物料的搬運距離,即在許多情況下同類工藝系統擺放在同一隔間中。在當今高產量的300mm 晶圓廠中,借助設計完善的 AMHS,將物料傳送至工藝系統的過程可相對獨立于產品流程;物料一般從頂部運進去,幾乎不需要工作人員進入隔間。毫無阻礙的高利用率和高產出是提高盈利能力的一個關鍵因素。
AMHS 可以設計成一個完全統一的系統——無縫式制程區內部輸送系統,或混合式系統——一個用于制程區內部輸送的處理系統和一個用于不同制程區之間的輸送的系統,一般在轉換中借助存儲設備。目前大部分300mm 晶圓廠的設計都帶有一個吊車系統,用以在分布式存儲設備和高架提升傳輸(overhead hoist transport,OHT)系統之間搬運物料。像 Asyst Shinko的 OHT系統可以實現在一個或若干相連的隔間內工藝系統間輸運,或將物料從存儲設備中輸送到工藝系統,并使其在各個工藝系統間移動。
工藝系統緩沖和存儲是 AMHS 中另一個需要考慮的問題。由 SEMI 和 International Sematech 等組織制定的半導體行業標準建議了一定的物料用量。這些物料在不同的制程工藝系統中應當有序排列,以優化利用率(確保工藝系統在等待從 AMHS 中向外傳送的同時不會用盡所有的物料運行)。這種有序儲備可置于工藝系統的裝載端口或工藝系統的本地緩沖裝置中。
半導體制造廠和設備的投資較大。借助 SMIF、AMHS 和自動化解決方案就可以實現以最低廉的擁有成本建成最優化的晶圓廠。