Từ Cassette đếnFOUP:Phát triển của người mang wafer

Tại sao “hộp chứa bánh mỳ” tạo nên tự động hóa, năng suất và chi phí

Trong sản xuất bán dẫn, một số thành phần quan trọng nhất cũng ít thu hút được sự chú ý nhất.người mang wafer.

Khi mọi người lần đầu tiên gặp FOUP, nhiều người cho rằng nó chỉ đơn giản là một hộp nhựa mạnh mẽ hơn, sạch hơn.

Một FOUP làngôn ngữ chunggiữa các công cụ quy trình, các hệ thống xử lý vật liệu tự động, môi trường nhỏ được kiểm soát và các tiêu chuẩn công nghiệp.

Việc giới thiệu nó không phải là một sự cải thiện từng bước mà là mộtĐộng lực cơ bảncủa sản xuất tự động quy mô lớn trong thời đại 300 mm.

Trước khi FOUP trở nên thống trị vào giữa những năm 1990, các nhà cung cấp wafer đã theo một con đường tiến hóa rõ ràng:

Cassette → SMIF → FOUP

Sự phát triển này phản ánh sự thay đổi của ngành công nghiệp bán dẫn từ hoạt động tập trung vào con người sang tự động hóa cấp hệ thống.

Phòng sạch không đủ: Các chất lây nhiễm là một phần của việc kiểm soát ô nhiễm

Nó rất hấp dẫn để tin rằng chất lượng phòng sạch cao hơn một mình có thể giải quyết các vấn đề ô nhiễm.

Bao nhiêu lần một wafer chuyển đổi giữa bị cô lập và tiếp xúc với môi trường của nó.

Một wafer duy nhất có thể trải qua hàng trăm bước quy trình - khắc, làm sạch và đo lường.

Một trong những ý tưởng cốt lõiSMIF (Standard Mechanical Interface)là để tách các miếng từ phòng sạch đầy đủ và thay vào đó bảo vệ chúng trong một kiểm soát chặt chẽmôi trường nhỏ, nơi mà luồng không khí, áp suất và nồng độ hạt ổn định hơn nhiều.

Trong ý nghĩa này, các máy vận chuyển wafer không chỉ là công cụ logistics mà còn là một yếu tố quan trọng của các nhà máychiến lược kiểm soát ô nhiễm:

• Những người mang mởphụ thuộc vào sự sạch sẽ của toàn bộ nhà máy và nhạy cảm với hoạt động của con người và sự xáo trộn luồng không khí.

• Các máy mang kín với giao diện thiết bị tiêu chuẩn hóađẩy ranh giới sạch xuống đến giao diện công cụ mang, giảm đáng kể phơi nhiễm wafer.

Ngoài ra còn có một động lực thực tế: khi các wafer phát triển lớn hơn, những người mang trở nên nặng hơn, công suất tăng lên và việc xử lý bằng tay trở nên tốn kém và không ổn định.

Kết quả là, sự tiến hóa của chất mang tự nhiên hội tụ với hai mục tiêu:

Cách ly mạnh mẽ hơn khỏi ô nhiễmvàtương thích tốt hơn với tự động hóa.

Thời đại băng cassette: Thời đại vàng của các máy ghi âm mở (150 mm / 200 mm)

Trong thời đại 150 mm và 200 mm, người chủ yếu mang wafer làbăng cassette- một cấu trúc khung mở với các hỗ trợ khe để cho phép các tấm được tải dễ dàng bởi các nhà điều hành hoặc cánh tay robot.

Tại sao băng cassette lại hiệu quả

Các băng cassette phát triển mạnh bởi vì chúng:

• Cấu trúc đơn giản

• Chi phí thấp

• Tương thích cao giữa các công cụ

• Dễ xử lý bằng tay

Vào thời điểm mà tự động hóa thiết bị bị giới hạn, băng cassette hỗ trợ đầy đủ vận chuyển wafer, đệm và tải công cụ.

Các giới hạn của sự cởi mở

Khi nhu cầu sản xuất tăng lên, hai điểm yếu cấu trúc trở nên rõ ràng:

1. Sự sạch sẽ phụ thuộc vào môi trường sản xuất

Trong quá trình vận chuyển và xếp hàng, các miếng được tiếp xúc trực tiếp với luồng không khí xung quanh và các nhiễu loạn hạt do công cụ và nhân viên gây ra.

2. Độ mở rộng kém đến kích thước wafer lớn hơn

Khi đường kính wafer tăng lên, trọng lượng và độ cứng của người mang tăng mạnh.

Các băng cassette về cơ bản làhộp vận chuyển của các nhà máy bán dẫn ban đầu đáng tin cậy và thực tế, nhưng không phù hợp với một tương lai tự động hóa cao hơn và ngân sách ô nhiễm chặt chẽ hơn.

Thời đại SMIF: Môi trường nhỏ và sự ra đời của tư duy giao diện

Khi các mục tiêu sản lượng bị thắt chặt, ngành công nghiệp bắt đầu đặt ra một câu hỏi mới:

Nếu chúng ta ngừng dựa vào toàn bộ phòng sạch và thay vào đó bảo vệ wafer tại địa phương thì sao?

Suy nghĩ này dẫn đếnSMIF.

Khái niệm SMIF

SMIF được giới thiệu:

• Các hộp kín để vận chuyển wafer

• Khung địa phương tại giao diện công cụ

• Các môi trường nhỏ được kiểm soát bên trong công cụ quy trình

Tác động là đáng kể:

• Các sự kiện tiếp xúc với wafer đã giảm đáng kể

• Kiểm soát ô nhiễm chuyển từCấp độ cơ sởđếncấp độ giao diện

Quan trọng hơn, SMIF đã giới thiệu một khái niệm sẽ định hình tất cả các thiết kế tàu sân bay trong tương lai:

Vỏ chứa là một phần của hệ thống thiết bị chứ không phải là một thùng chứa thụ động.

Các hạn chế của SMIF

SMIF phần lớn là một giải pháp 200 mm. Mặc dù nó cải thiện kiểm soát ô nhiễm, nó phải vật lộn với:

• Tính khả năng mở rộng hạn chế cho tự động hóa hoàn toàn

• Sự phức tạp cơ học

• Tích hợp không đầy đủ với logistics tự động

Việc chuyển sang sản xuất 300 mm đòi hỏi một giải pháp sạch hơn, đơn giản hơn và tự động hóa hơn.

FOUP: Nền tảng của sản xuất tự động 300 mm

FOUP (Phía trước mở Unified Pod) xuất hiện cùng với thiết bị quy trình 300 mm vào giữa những năm 1990, được thiết kế ngay từ đầu cho các nhà máy tự động hoàn toàn.

FOUP không phải là một nâng cấp từng bước mà là mộtThiết kế lại cấp hệ thống.

Ba đặc điểm xác định của FOUP

1- Môi trường nhỏ kín hoàn toàn.

• Dòng không khí nội bộ ổn định và kiểm soát hạt

• Tiếp xúc tối thiểu với wafer

• Cải thiện tính nhất quán năng suất

2Kiến trúc mở phía trước

• Giao diện trực tiếp với đầu trước của công cụ

• Không cần sự can thiệp của con người

• Được tối ưu hóa cho việc xử lý robot

3Các tiêu chuẩn thống nhất, toàn ngành

FOUP cho phép một hệ sinh thái tiêu chuẩn toàn diện bao gồm:

• Kích thước cơ khí

• Hành vi đậu nối

• Cơ chế cửa

• Xác định và thông báo

Điều này cho phép các nhà máy và nhà cung cấp thiết bị hoạt động trong một khuôn khổ chung, tương tác.

Các từ viết tắt giúp nó hiệu quả: FIMS, PIO, và AMHS

Sức mạnh của FOUP không chỉ nằm trong bản thân khoang mà còn ở cách nó kết nối với cơ sở hạ tầng tự động hóa của nhà máy.

FIMS: Tiêu chuẩn cơ khí giao diện mở phía trước

Định nghĩa giao diện cơ học giữa FOUP và công cụ:

• Địa hình đậu

• Chuỗi mở cửa

• Hành vi niêm phong

FIMS đảm bảo rằng FOUP hoạt động nhất quán trên các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau.

PIO: Giao diện I/O song song

Định nghĩa các tín hiệu bắt tay giữa FOUP và công cụ:

• Khám phá sự hiện diện

• Chứng nhận đậu

• Các quốc gia chuyển giao an toàn

PIO cho phép các công cụ biết chính xác khi nào các miếng có thể được trao đổi.

AMHS: Hệ thống xử lý vật liệu tự động

Lớp hậu cần toàn nhà máy, bao gồm:

• Giao thông vận tải trên cao (OHT)

• Xe dẫn tự động (AGV)

• Các bộ lưu trữ và bộ đệm

Cùng nhau, những hệ thống này biến một nhà máy hiện đại thành một cái gì đó gần như mộtcảng hoàn toàn tự động:

• FOUP là các container

• AMHS là mạng lưới logistics

• Các công cụ quy trình là các thiết bị kết nối.

Tại sao một hộp ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chi phí

Người mang wafer xác định ba kết quả quan trọng:

1. Tần số phơi sáng của wafer

Mỗi lần phơi nhiễm sẽ làm tăng nguy cơ bị hỏng.
Ít rủi ro trực tiếp chuyển thành lợi nhuận cao hơn.

2. Độ tự động hóa

Tự động hóa cung cấp:

• Thời gian takt ổn định

• Giảm sự biến đổi của con người

• Chi phí hoạt động lâu dài thấp hơn

3. Khả năng tương tác thiết bị

Giao diện tiêu chuẩn có nghĩa là:

• Chứng chỉ công cụ nhanh hơn

• Chi phí hội nhập thấp hơn

• Việc mở rộng và nâng cấp nhà máy dễ dàng hơn

Kết luận: Từ thùng chứa đến nút hệ thống

Sự phát triển của các chất mang wafer phản ánh một sự thay đổi sâu sắc hơn trong triết lý sản xuất bán dẫn:

Ngày nay FOUP không còn là một thùng chứa đơn giản.
Đó là mộtnút quan trọngtrong một hệ thống sản xuất công nghiệp cao.

Khi bạn nhìn thấy hàng FOUP di chuyển trên đầu trong một nhà máy, bạn không chỉ nhìn thấy các wafer được vận chuyển mà bạn đang nhìn thấy một hệ thống phức tạp, tiêu chuẩn hóa, tự động hoạt động chính xác như thiết kế.