Van Cassette totFOUPDe evolutie van waferdragers

Waarom ‘de doos die wafers bevat’ automatisering, opbrengst en kosten beïnvloedt

In de productie van halfgeleiders zijn enkele van de meest kritieke componenten ook de minst opvallende.de waferdrager.

Wanneer mensen voor het eerst een FOUP tegenkomen, gaan velen ervan uit dat het gewoon een sterkere, schonere plastic doos is.

Een FOUP is degemeenschappelijke taalDe Commissie heeft in het kader van haar programma's voor onderzoek en technologische ontwikkeling een aantal voorstellen ingediend voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën.

De invoering ervan was geen stapsgewijze verbetering, maar eenfundamentele enablerHet is duidelijk dat er in de afgelopen tien jaar een grote toename is geweest van de automatische grootschalige productie in het tijdperk van de 300 mm.

Voordat FOUP in het midden van de jaren negentig dominant werd, volgden waferdragers een duidelijk evolutionair pad:

Cassette → SMIF → FOUP

Deze ontwikkeling weerspiegelt de verschuiving van de halfgeleiderindustrie van menselijk gecentreerde activiteiten naar automatisering op systeemniveau.

Schoonruimtes zijn niet voldoende: dragers als onderdeel van de bestrijding van besmetting

Het is verleidelijk om te denken dat alleen hogere kwaliteiten in de cleanroom de verontreinigingsproblemen kunnen oplossen.

Hoe vaak gaat een wafer over van geïsoleerd te zijn tot blootgesteld aan zijn omgeving.

Een enkele wafer kan honderden processtappen doorlopen: lithografie, afzetting, etsen, schoonmaken en metrologie.

Een van de kernideeën achterSMIF (Standard Mechanical Interface)Het doel was om de wafers los te koppelen van de volledige cleanroom en in plaats daarvan te beschermen binnen een strak gecontroleerdemini-omgeving, waar de luchtstroom, druk en deeltjesniveaus veel stabieler zijn.

In deze zin zijn waferdragers niet alleen logistieke hulpmiddelen, maar ook een belangrijk onderdeel van de fabrieken.Strategie voor de bestrijding van verontreiniging:

• Open dragerszijn afhankelijk van de zuiverheid van de gehele fabriek en zijn gevoelig voor menselijke activiteit en luchtstroomstoornissen.

• Verzegelde dragers met gestandaardiseerde interfaces voor apparatuurde schone grens naar beneden naar de drager-gereedschapsscherm, waardoor de blootstelling van de wafer drastisch wordt verminderd.

Er is ook een praktische oorzaak: naarmate de wafers groter worden, worden de dragers zwaarder, de doorvoer toeneemt en wordt handmatig hanteren zowel kostbaar als onstabiel.

Als gevolg daarvan convergeert de evolutie van dragers natuurlijk op twee doelen:

Sterkere isolatie tegen verontreinigingengrotere compatibiliteit met automatisering.

Het tijdperk van de cassette: de Gouden Eeuw van de open dragers (150 mm / 200 mm)

In de 150 mm en 200 mm tijdperken was de dominante waferdrager decassette- een open frame met geslepen steunstukken waarmee de wafers gemakkelijk door de operator of robotarm kunnen worden geladen.

Waarom cassettes werkten

De cassettes gedijen omdat ze:

• Structuur eenvoudig

• Lage kosten

• Zeer compatibel tussen verschillende instrumenten

• Makkelijk handmatig te bedienen

In een tijd dat de automatisering van apparatuur beperkt was, ondersteunden cassettes adequaat wafertransport, buffering en het laden van gereedschappen.

De grenzen van openheid

Naarmate de vraag naar de verwerkende industrie toeneemt, zijn twee structurele tekortkomingen duidelijk geworden:

1De schoonheid was afhankelijk van de fab-omgeving.

Tijdens het transport en het in de rij zetten werden de wafers rechtstreeks blootgesteld aan de omgevingsluchtstroom en de door gereedschappen en personeel veroorzaakte deeltjesverstoringen.

2Slechte schaalbaarheid naar grotere wafergroottes

Naarmate de waferdiameters toenamen, steeg het dragergewicht en de stijfheidsvereisten sterk.

De cassette was in wezen descheepvaartkast van vroege halfgeleiderfabriekenbetrouwbaar en praktisch, maar niet geschikt voor een toekomst van hogere automatisering en strengere verontreinigingsbudgetten.

Het SMIF-tijdperk: mini-omgevingen en de geboorte van interface-denken

Naarmate de opbrengstdoelstellingen strakker werden, begon de industrie zich een nieuwe vraag te stellen:

Wat als we stoppen met afhankelijk te zijn van de hele cleanroom en in plaats daarvan de wafer lokaal beschermen?

Dit denken leidde totSMIF.

Het SMIF-concept

De SMIF is ingesteld:

• Verzegelde capsules voor het vervoer van wafers

• Geplaatst behuizing op de tool interface

• Beheerde mini-omgevingen in procesgereedschappen

De impact was aanzienlijk:

• De blootstelling van wafers werd drastisch verminderd

• Verontreinigingsbeheersing verschoven van defaciliteitsniveautot deInterface niveau

Nog belangrijker is dat SMIF een concept introduceerde dat alle toekomstige ontwerpen van luchtvaartmaatschappijen zou vormen:

De drager is onderdeel van het apparatuursysteem, niet een passieve container.

Beperkingen van de MKB-fondsen

SMIF was grotendeels een 200 mm oplossing.

• Beperkte schaalbaarheid voor volledige fab-automatisering

• Mechanische complexiteit

• Onvolledige integratie met geautomatiseerde logistiek

De overgang naar de productie van 300 mm vereiste een schonere, eenvoudiger en meer automatische oplossing.

FOUP: De basis van de geautomatiseerde productie van 300 mm

FOUP (Vooropening van de verenigde capsuleIn het midden van de jaren negentig ontstond een nieuwe machine voor de verwerking van 300 mm-producten, die vanaf het begin was ontworpen voor volledig geautomatiseerde fabrieken.

FOUP was geen incrementele upgrade, het was eenherontwerp op systeemniveau.

Drie kenmerken van FOUP

1Volledig afgesloten mini-omgeving

• Stabiele interne luchtstroom en deeltjescontrole

• Minimale blootstelling van wafers

• Verbeterde consistentie van de opbrengst

2. architectuur met open voorzijde

• Directe interface met de voorkant van het gereedschap

• Geen menselijk ingrijpen vereist

• Geoptimaliseerd voor robothantering

3Eenvormige, brancheomvattende normen

FOUP heeft een uitgebreid standaarden-ecosysteem mogelijk gemaakt dat:

• Mechanische afmetingen

• Dockinggedrag

• Doormechanismen

• Identificatie en communicatie

Hierdoor konden fabrieken en leveranciers van apparatuur binnen een gedeeld, interoperabel kader opereren.

De acroniemen die het werkzaam maakten: FIMS, PIO en AMHS

De kracht van FOUP ligt niet alleen in de capsule zelf, maar ook in de manier waarop het wordt verbonden met de automatiseringsinfrastructuur van de fabriek.

FIMS: Mechanische standaard voor interfaces met open voorzijde

Definieert de mechanische interface tussen FOUP en gereedschap:

• Geometrie van het dokken

• Openingsvolgorde van de deur

• Verzegelgedrag

FIMS zorgt ervoor dat FOUP's consistent werken op apparatuur van verschillende leveranciers.

PIO: Parallelle I/O-interface

Definieert de handdruksignalen tussen FOUP en gereedschap:

• Aanwezigheidsdetectie

• Bevestiging van het aanmeren

• Veilige overdrachtsstaten

Met PIO kunnen gereedschappen precies weten wanneer wafers kunnen worden uitgewisseld.

AMHS: geautomatiseerd materiaalbehandelingssysteem

De fabriekbrede logistieke laag, met inbegrip van:

• Vervoer met luchtheftruck (OHT)

• Automatisch geleide voertuigen (AGV's)

• Verpakkingen en buffers

Samen maken deze systemen een moderne fabriek tot iets wat dichter bij eenvolledig geautomatiseerde haven:

• FOUP's zijn de containers

• AMHS is het logistieke netwerk

• Procesgereedschappen zijn de docking terminals

Waarom een "box" rechtstreeks van invloed is op opbrengst en kosten

De waferdrager bepaalt drie kritieke uitkomsten:

1Frequentie van blootstelling van de wafer

Elke blootstelling verhoogt het risico op een defect.
Minder blootstellingen resulteren rechtstreeks in een hoger rendement.

2. Grade van automatisering

Automatisering levert:

• Stabiele takttijden

• Verminderde menselijke variabiliteit

• Lagere exploitatiekosten op lange termijn

3. Interoperabiliteit van apparatuur

Een gestandaardiseerde interface betekent:

• Snellere kwalificatie van gereedschap

• Lagere integratiekosten

• Gemakkelijker fab-uitbreiding en -opgraderingen

Conclusie: van container naar systeemknooppunt

De evolutie van waferdragers weerspiegelt een diepere verschuiving in de filosofie van de halfgeleiderproductie:

De FOUP van vandaag is niet langer een eenvoudige container.
Het is eenkritisch knooppuntIn een zeer geïndustrialiseerd productiesysteem.

Wanneer je rijen FOUP's in een fabriek ziet bewegen, zie je niet alleen wafers worden vervoerd, je ziet een complex, gestandaardiseerd, geautomatiseerd systeem dat precies werkt zoals ontworpen.