Da cassete paraFOUPA evolução dos portadores de wafer

Por que “a caixa que contém bolachas” molda a automação, o rendimento e o custo

Na fabricação de semicondutores, alguns dos componentes mais críticos são também os menos chamativos.O portador de wafer.

Quando as pessoas encontram uma FOUP pela primeira vez, muitas supõem que se trata simplesmente de uma caixa de plástico mais resistente e limpa.

A FOUP é olíngua comumA utilização de sistemas de manipulação automática de materiais, mini-ambientes controlados e padrões industriais.

A sua introdução não foi uma melhoria incremental, mas umaAtivador de baseA produção automática em grande escala na era dos 300 mm.

Antes da FOUP se tornar dominante em meados da década de 1990, os portadores de wafer seguiram um caminho evolutivo claro:

Cassete → SMIF → FOUP

Esta evolução reflete a mudança da indústria de semicondutores das operações centradas no homem para a automação a nível do sistema.

Salas limpas não são suficientes: portadores como parte do controle da contaminação

É tentador acreditar que os níveis mais elevados de sala limpa por si só possam resolver os problemas de contaminação.

Com que frequência uma bolacha passa de estar isolada a estar exposta ao seu ambiente.

Uma única bolacha pode passar por centenas de etapas de processo - litografia, deposição, gravação, limpeza e metrologia.

Uma das ideias fundamentaisInterface mecânica padrão (SMIF)O objetivo era separar as bolachas da sala limpa completa e protegê-las dentro de uma sala controlada.mini-ambiente, onde o fluxo de ar, pressão e níveis de partículas são muito mais estáveis.

Neste sentido, os transportadores de wafers não são apenas ferramentas logísticas, são um elemento-chave das fábricas.Estratégia de controlo da contaminação:

• Portadores abertosdependem da limpeza de toda a fábrica e são sensíveis à actividade humana e às perturbações do fluxo de ar.

• Portadores selados com interfaces de equipamento normalizadasempurrar o limite limpo para baixo para a interface portador-ferramenta, reduzindo drasticamente a exposição da bolacha.

Há também um fator prático: à medida que as placas se tornam maiores, os portadores se tornam mais pesados, o rendimento aumenta e o manuseio manual se torna caro e instável.

Como resultado, a evolução dos portadores converge naturalmente para dois objetivos:

Isolamento mais forte da contaminaçãoemaior compatibilidade com a automação.

A Era do Cassete: A Era de Ouro dos Portadores Abertos (150 mm / 200 mm)

Na época dos 150 mm e dos 200 mm, o suporte de wafer dominante era ocassete- uma estrutura de estrutura aberta com suportes em ranhuras que permitem que as placas sejam facilmente carregadas por operadores ou braços robóticos.

Por que os cassetes funcionaram

Os cassetes prosperaram porque eram:

• Estruturalmente simples

• Baixo custo

• Altamente compatível entre as ferramentas

• Fácil de manusear manualmente

Numa época em que a automação do equipamento era limitada, as cassetes suportavam adequadamente o transporte de wafers, o buffering e o carregamento de ferramentas.

Os limites da abertura

À medida que a procura de manufatura aumentou, duas fraquezas estruturais tornaram-se evidentes:

1A limpeza dependia do ambiente da fábrica.

Durante o transporte e a colocação em fila, as placas foram diretamente expostas ao fluxo de ar ambiente e às perturbações de partículas causadas por ferramentas e pessoal.

2. Má escalabilidade para tamanhos de wafer maiores

À medida que os diâmetros das placas aumentavam, o peso do portador e os requisitos de rigidez aumentaram acentuadamente.

A cassete era essencialmente oCaixa de transporte de fábricas de semicondutores antigasconfiável e prático, mas pouco adequado para um futuro de maior automação e orçamentos mais restritos em matéria de contaminação.

A Era SMIF: Mini-Ambientes e o Nascimento do Pensamento de Interface

À medida que as metas de rendimento se apertaram, a indústria começou a fazer uma nova pergunta:

E se pararmos de depender de toda a sala limpa e protegermos a bolacha localmente?

Este pensamento levou aFMIE.

O conceito de SMIF

O SMIF introduziu:

• Capsulas seladas para transporte de wafers

• Revestimento localizado na interface da ferramenta

• Mini-ambientes controlados no interior das ferramentas de processo

O impacto foi significativo:

• Os eventos de exposição da bolacha foram drasticamente reduzidos

• O controlo da contaminação foi transferido danível da instalaçãopara onível de interface

Mais importante, o SMIF introduziu um conceito que iria moldar todos os projetos futuros de transportadoras:

O transportador faz parte do sistema de equipamento e não é um recipiente passivo.

Limitações dos FMI

O SMIF era em grande parte uma solução de 200 mm.

• Escalabilidade limitada para automação completa de fábricas

• Complexidade mecânica

• Integração incompleta com a logística automatizada

A transição para a fabricação de 300 mm exigiu uma solução mais limpa, mais simples e mais nativa de automação.

FOUP: A fundação da fabricação automatizada de 300 mm

FOUP (Capsula unificada de abertura frontalO sistema de produção de máquinas de processamento de 300 mm foi concebido desde o início para fábricas totalmente automatizadas.

A FOUP não foi uma actualização incremental, foi umaRedesenho a nível do sistema.

Três características definidoras da FOUP

1Mini-ambiente totalmente fechado.

• Fluxo interno estável e controlo de partículas

• Exposição mínima da bolacha

• Melhoria da consistência do rendimento

2Arquitetura de abertura frontal

• Interface direta com os extremos frontais das ferramentas

• Não é necessária intervenção humana

• Otimizado para manuseio robótico

3Normas unificadas para toda a indústria

O FOUP permitiu um ecossistema abrangente de normas que abrange:

• Dimensões mecânicas

• Comportamento de acoplagem

• Mecanismos de portas

• Identificação e comunicação

Isto permitiu que as fábricas e os fornecedores de equipamentos operassem num quadro compartilhado e interoperavel.

As siglas que o fizeram funcionar: FIMS, PIO e AMHS

O poder da FOUP não reside apenas na cápsula em si, mas na forma como se conecta à infraestrutura de automação da fábrica.

FIMS: Padrão mecânico de interface de abertura frontal

Define a interface mecânica entre o FOUP e a ferramenta:

• Geometria do acoplamento

• Sequência de abertura da porta

• Comportamento de vedação

O FIMS garante que os FOUPs funcionem de forma consistente em equipamentos de diferentes fornecedores.

PIO: Interface de E/S paralela

Define os sinais de aperto de mão entre o FOUP e a ferramenta:

• Detecção da presença

• Confirmação de atracação

• Estados de transferência seguros

O PIO permite que as ferramentas saibam exatamente quando as wafers podem ser trocadas.

AMHS: Sistema automatizado de manuseio de materiais

A camada de logística em toda a fábrica, incluindo:

• Transporte de elevadores aéreos (OHT)

• Veículos guiados automaticamente (AGV)

• Cisternas e tampões

Juntos, estes sistemas transformam uma fábrica moderna em algo mais próximo de umPorto totalmente automatizado:

• Os FOUP são os recipientes

• A AMHS é a rede logística

• Ferramentas de processo são os terminais de acoplagem

Por que uma caixa afeta diretamente rendimento e custo

O portador da bolacha determina três resultados críticos:

1Frequência de exposição da bolacha

Cada exposição aumenta o risco de defeito.
Menos exposições traduzem-se directamente num maior rendimento.

2Grau de automação

A automação proporciona:

• Tempos de takt estáveis

• Redução da variabilidade humana

• Menor custo de exploração a longo prazo

3Interoperabilidade dos equipamentos

Interfaces normalizadas significam:

• Qualificação mais rápida das ferramentas

• Menor custo de integração

• Expansão e melhorias fábricas mais fáceis

Conclusão: Do contentor ao nó do sistema

A evolução dos portadores de wafer reflete uma mudança mais profunda na filosofia de fabricação de semicondutores:

A FOUP de hoje já não é mais um simples recipiente.
É umnó críticoEm um sistema de fabricação altamente industrializado.

Quando vemos filas de FOUPs a moverem-se por cima de uma fábrica, não estamos apenas a ver as wafers a serem transportadas, estamos a ver um sistema complexo, padronizado e automatizado a funcionar exactamente como foi concebido.