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半导体净化车间设计方案简介
作者:福建永科 来源:永科净化-设计总监 发布时间:2017/7/28 浏览:57161次

    在半导体的制造过程中,由于其设备的昂贵性、敏感性和制造过程的复杂性,净化车间的布局一般不可以轻易更改,设计不周的无尘车间布局将会导致庞大的物料搬运成本,无效的生产以及重新布局洁净室也所需要的大量成本。因此,净化工厂的设施规划以及成为半导体制作商或SMT车间制作商最关心的问题之一,在半导体净化厂房的建设初期他们就不得不对工厂进行谨慎详细的规划,这样在工厂投产后整体系统才能发挥最大的生产效能。

一、半导体车间设备布置设计

1、一般原则

    1.1要按车间的分工确定的净化车间生产纲领和生产类型为依据,确定无尘车间的生产组织形式和设计布局的形式。

    1.2要求工艺流程通顺,物料搬运短捷方便,避免往返交叉。

    1.3要根据工艺流程选择适当的建筑形式,采用适当的高度、跨度、柱距,配备适当等级的运输设备,充分利用建筑物的空间。

    1.4要对无尘车间的所有组成部分,包括机器、工作位置、毛坯与零件存放地、检验试验用地、辅助部门、通道、公用管线、生活卫生设施等,合理区划和协调配置。

    1.5为工人创造安全、舒适的工作环境,使采光、照明、通风、制冷、净化、防噪音等具有良好的条件,将工位器设置合适的部位, 便于工人完成作业。

    1.6无尘车间需要具备适当的生产变化的柔性。

2、生产设备布局

    近年来,在半导体制造业中大多数已在投产使用的8英寸晶圆净化车间和那些为将来投产使用设计的12英寸晶圆无尘车间采用彩钢板隔间的布局构造,在这种方式中,净化车间被分为许多隔间来放置工艺设备,通常每个隔间度一批相同的设备,比如在光刻区放置的多是曝光机,在每个隔间中都设有缓冲区,可以存放等待加工的晶圆片,由于制造过程中需要大量的气体和液体来氧化和清洗晶圆片,永科设计的净化车间一般都分为两层,一层防置设备、晶圆片的缓冲区等;下层为各种气体、液体输送及回收管道,此外还有无尘车间动力、照明、控制、通讯等各种电气管线。

    在8英寸和12英寸的晶圆无尘车间中村在其他更优的布局策略,并且具有诸多优点:第一,有利于设备的操作和维护,并能为将来设备的添置提供一定的空间;第二,因为每个净化区域都有自己的缓冲区,所以设备利用和相对库存都能够达到最优,从而减小生产周期;第三,由于不同的工艺对设施有着独特的要求,比如光刻区需要隔震,无尘车间布局能满足不同工艺的不同要求。

二、净化车间物料搬运系统设计

1、一般原则

    1.1建设环节,简化作业流程,实现物流合理化,物料搬运不仅不增加货物的价值和使用价值,相反还会产生附加成本和增加货物的破损可能性,因此作业环节越少越好,尽可能避免重复搬运,同时要注意工步间、工序间的衔接,做到作业的连续性,作业路径尽量缩短,避免迂回和交叉运行,按生产工序流程组织作业。

    1.2以满足生产工艺的需要为前提,充分发挥机械设备的利用率,物料搬运、器械设备的选用和配备,在满足生产工艺需要的前提下,要考虑各种设备的充分利用,以安排得当为要。

    1.3贯彻系统化、标准化的原则,无尘车间内的物料搬运本身是一个系统,因此搬运作业与物料的其他环节之间,搬运作业与生产工艺各工序、工步之间要协调,才能做到物流合理,提高生产效益,搬运的工艺、装备、设施,货物的单元、运载工具、存储装置,通信流各种形式,组织管理方式以及标志、用语等都应当标准化、系统化、通用化,这是实现物料搬运作业现代化的前提。

    1.4在搬运过程中,下一步比前一步更便于作业时称为活化,物料搬运的工序、工步应设计得使物料的活性指数提高(至少不降低),叫做步步活化,还应采取节省劳力和降低能耗的措施。

2、系统设计

    过去,5英寸和6英寸晶圆制造由于晶圆片的面积较小,重量较轻,物料搬运系统都采用人工搬运的方式,人工搬运系统存在诸多不足:第一,由于半导体净化制造车间对空气洁净度的要求很高,操作工多,无尘车间内空气被污染的可能性就会增加,导致晶圆片良率降低;第二,操作工每做一个工步就需要往电脑中输入这个工步的名称,操作工有时会忘记输入,等过了几个工步想起后再输入就会导致系统数据出错;第三,随着晶圆片面积的增大,重量的增加,防置25片晶圆片的运载工具的重量已经超过人力搬运所能负荷的范围。

    目前8英寸和12英寸的晶圆净化制造车间中,一般都使用自动物料搬运系统,这种自动物料搬运系统可以分为两大部分;一个是interbay搬运系统,主要负责加工中心间的搬运任务;另一个是intarbay搬运系统,主要负责加工中心内的搬运任务,其中interbay轨道采用脊椎式的设计方式,另外在intarbay轨道中设回转道,以利于intarbay内的搬运,且系统中仍存在仓储以作为暂时存放晶舟或是转运的功能,使得系统具有相当大的弹性,目前福建省能已投产的8英寸晶圆净化制造车间还有操作工,主要负责装载和卸载小车中的晶圆片,但即将投产的12英寸晶圆无尘制造车间将采用无人的全自动方式。

三、半导体净化车间洁净度等级要求

产品、工序

空气洁净度等级

控制粒径(μm

拉单晶

68

0.5

切、魔、抛

57

0.30.5

清洗

46

0.30.5

外延

46

0.30.5