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洁净技术及其在电子制造中的应用

发布时间:2011/8/27 13:46:28 访问次数:1016

    1.洁净技术       HA5025IB
    洁净技术(clean room)又称洁净室技术,是指将一定空间范围内空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除,并将室内的温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪声、振动及照明、静电控制在某一要求范围内,而所给予特别设计的房间。也就是不论外面环境空气条件如何变化,其室内均保持设定要求的洁净度、温湿度及压力等性能。
    洁净技术从应用领域可以分为生物洁净室和工业洁净室两大类。工业洁净室以无生命微粒的控制为对象,其中电子制造业占有很大比例。以微电子制造为代表,包括光磁产品制造(光盘、胶片、磁带生产)、平板显示、计算机硬盘和其他精密光电产品的制造、检测和包装等工作都离不开洁净室。
    不同行业、不同产品、不同加工工序对洁净室有不同要求,为此国际标准组织ISO及一些先进制造国家都制定了相应标准,例如国际标准组织的IS0 14644-1《空气洁净度等级划分》及美国的FED-STD-2标准等。中国在2001年发布的GB 50073-2001国家标准《洁净厂房设计规范》(Code for Design of Clean Room),在空气洁净度等级划分上,明确等效采用国际标准IS014611-1。

    2.半导体制造与环境
    由于集成电路制造属于超精密制造,因此对制造环境有极高的要求,芯片必须在洁净室乃至超净室条件下生产。图7.5.1表示人类头发与45nm特征尺寸大小比较示意图头发丝对于45nm半导体制造特征尺寸而言,绝对是庞然大物,可以想象头发丝落在芯片上会是什么结果。如图7.5.2所示为晶圆上微粒嵌入及造成污染失效示意与实物放大图。

                

                         


    
    3.芯片制造环境要求          HA7210IF
   加工半导体芯片要求级别最高的洁净室,也称为超净室,要求:
   ①1m3中粒径在0.lμm以上的浮游微粒数在10个以下(IS01级);
   ②温度保持在(23±1)℃;
   ③湿度保持在(45±5)%;
   ④污染气体分子保持在十亿分之一以下。
    为了确保超净室的清洁度,要使用够滤掉99.9999%以上的微粒的化学过滤器,对构成超净室的材料和设备器材进行密封,采取措施控制室内气压、气流的走向,需要同时兼顾操作性、经济性和环境保护等问题。此外对于工作人员进入超净室的防护要求以及物料出入的管理措施,对保证超净室的清洁度都是必不可少的。

    4.局部空间的高清洁度
    超洁净环境及其保持需要很高的成本,同时也要消耗大量资源和能源,与低碳排放要求并不吻合。人们在探索二者兼顾的洁净方案,局部空间的高清洁度就是其中之一。
    这种方法就是局部超净(小环境化),也就是说,不要求整个工作环境都保持高清洁度,而是只在关键部位(例如晶圆及芯片加工)周围的小空间中保持高清洁度,并且与作业环境分离。这样不仅可以利用机器人来改善可操作性,而且由于只需保持局部空间的高清洁度,所以能够有效减少能源消耗。具体来说,只在制造设备的晶圆出人口保持1级高清洁气氛,晶圆的移动、保存都放在窑闭容器中进行。典型的密闭容器如图7.5.3所示,有标准机械接口盒(standard of mechanical interface,SMIF)和前开式晶圆盒(front-opening unified pod,FOUP).

           

    1.洁净技术       HA5025IB
    洁净技术(clean room)又称洁净室技术,是指将一定空间范围内空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除,并将室内的温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪声、振动及照明、静电控制在某一要求范围内,而所给予特别设计的房间。也就是不论外面环境空气条件如何变化,其室内均保持设定要求的洁净度、温湿度及压力等性能。
    洁净技术从应用领域可以分为生物洁净室和工业洁净室两大类。工业洁净室以无生命微粒的控制为对象,其中电子制造业占有很大比例。以微电子制造为代表,包括光磁产品制造(光盘、胶片、磁带生产)、平板显示、计算机硬盘和其他精密光电产品的制造、检测和包装等工作都离不开洁净室。
    不同行业、不同产品、不同加工工序对洁净室有不同要求,为此国际标准组织ISO及一些先进制造国家都制定了相应标准,例如国际标准组织的IS0 14644-1《空气洁净度等级划分》及美国的FED-STD-2标准等。中国在2001年发布的GB 50073-2001国家标准《洁净厂房设计规范》(Code for Design of Clean Room),在空气洁净度等级划分上,明确等效采用国际标准IS014611-1。

    2.半导体制造与环境
    由于集成电路制造属于超精密制造,因此对制造环境有极高的要求,芯片必须在洁净室乃至超净室条件下生产。图7.5.1表示人类头发与45nm特征尺寸大小比较示意图头发丝对于45nm半导体制造特征尺寸而言,绝对是庞然大物,可以想象头发丝落在芯片上会是什么结果。如图7.5.2所示为晶圆上微粒嵌入及造成污染失效示意与实物放大图。

                

                         


    
    3.芯片制造环境要求          HA7210IF
   加工半导体芯片要求级别最高的洁净室,也称为超净室,要求:
   ①1m3中粒径在0.lμm以上的浮游微粒数在10个以下(IS01级);
   ②温度保持在(23±1)℃;
   ③湿度保持在(45±5)%;
   ④污染气体分子保持在十亿分之一以下。
    为了确保超净室的清洁度,要使用够滤掉99.9999%以上的微粒的化学过滤器,对构成超净室的材料和设备器材进行密封,采取措施控制室内气压、气流的走向,需要同时兼顾操作性、经济性和环境保护等问题。此外对于工作人员进入超净室的防护要求以及物料出入的管理措施,对保证超净室的清洁度都是必不可少的。

    4.局部空间的高清洁度
    超洁净环境及其保持需要很高的成本,同时也要消耗大量资源和能源,与低碳排放要求并不吻合。人们在探索二者兼顾的洁净方案,局部空间的高清洁度就是其中之一。
    这种方法就是局部超净(小环境化),也就是说,不要求整个工作环境都保持高清洁度,而是只在关键部位(例如晶圆及芯片加工)周围的小空间中保持高清洁度,并且与作业环境分离。这样不仅可以利用机器人来改善可操作性,而且由于只需保持局部空间的高清洁度,所以能够有效减少能源消耗。具体来说,只在制造设备的晶圆出人口保持1级高清洁气氛,晶圆的移动、保存都放在窑闭容器中进行。典型的密闭容器如图7.5.3所示,有标准机械接口盒(standard of mechanical interface,SMIF)和前开式晶圆盒(front-opening unified pod,FOUP).

           

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