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集成电路制造中的气动系统
作者:喜开理(上海)机器有限公司
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气动元件展厅
气缸, 气动执行器, 气动手指, 气动隔膜泵, 气动马达, ...
随着大规模集成电路(IC)技术的发展,硅晶圆的尺寸已从5in(1in=25.4mm)发展到10in,而动态随机存储器和静态存储器(芯片)的容量也从1M发展到256M以上,最小的加工尺寸已从1.2μm缩小至0.10μm,现在最先进的最小加工尺寸甚至达到0.08μm 。而这些IC制造机器由于其特殊的工艺要求,对现行的普通气动元件和流体元件,提出了适应其工艺需求的超高清洁度的特殊要求,这样主要用于IC机器的超高洁净系统的气动元件和精致元件就应运而生了。而且随着IC行业的蓬勃发展,超高洁净气动系统和精致流体系统也随之发展,形成一种超纯气动和流体控制系统(图1)。日本CKD公司孜孜不倦地从事着这方面的研制和生产,并取得了一定的成绩。

CKD公司在生产设计检验评价超纯控制系统过程中,秉承3P理念(防止过程污染,杜绝杂质,保证超纯品质),在这一理念的指导下,其所有的超纯系统的气动元件都在自建的1级净化车间(1ft3只有一个0.1μm灰尘颗粒度)制造,为高质量的超纯系统提供硬件保证。

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由于生产芯片的制造环境的清洁度要求极高,单单在硬件上满足要求是远远不够的。因此超纯的气动元件和流体元件无论从结构设计上、制造过程上,还是清洗包装方面都有其特殊性。主要体现在以下几个方面。

1.对于无尘制造环境来说,气缸本身也是一个发尘元件,其工作介质在压缩空气中含有大量灰尘,特别在气动系统换向的过程中气缸会散发大量的灰尘,其1ft3内的0.1μm检测灰尘颗粒在1×105个以上, 这远远不能满足生产芯片的要求。因此必须采取一些对策。

● 普通气缸结构上,采用真空吸取/一重密封构造(图2)或排气处理/二重密封构造(图3),其经过灰尘颗粒捕捉器检测,0.1μm以上的灰尘颗粒前者在10个以下,后者也在100个以下。

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● 带导向的气缸由于其结构上的特点不仅采用真空吸取/一重密封构造(图4)或排气处理/二重密封构造(图5),而且在导向杆部位使用了低发尘结构,其经过灰尘颗粒捕捉器检测,0.1μm以上的灰尘颗粒前者在1×102个以下,后者也在1×104个以下。

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2.对于净化室来说,换向阀换向时,所排的压缩空气中所含的0.1μm灰尘颗粒达到1×106个,不采取措施就无法满足芯片生产的需求。

● 设置排气处理口,从而使其发尘量在100个以下。

● 为适应IC制造机器中的过程控制元件,设计专有对应的控制阀,新开发2个二位三通阀内藏在一个阀体内(例如MN4E0系列),而且阀体的宽度只有10mm,高度在40mm以下,大大缩小了原有控制阀组的尺寸,这样外形更美观,在使用过程中也更实用。

● 全部采用模块式集成方式,使用方便,扩展随意。

● 省功率设计,功率只有0.3W。

3.对于过滤器和减压阀,根据不同的工艺要求,分别采取设置排气处理口、禁油处理和不锈钢材质选用等措施,使其发尘量低于10个。

4. 对于其他的气动附件,也根据不同的工艺要求,分别进行防尘处理和禁油处理,使其发尘量保持在10个以下。

5. 超纯的流体元件根据IC行业的不同要求,主要分为药液控制元件(PCC)、气体控制元件(PGC)和真空控制元件(VPC)三类。在IC产业发展的初期,主要使用药液阀,但随着高纯度气体提炼不断地普及化,更为精确的气体控制阀越来越被重视,CKD公司的产品,得到了包括IC机器行业的龙头——美国应用材料有限公司等众家企业的一致好评。其特点主要有以下几点:

● 药液阀采用抗腐蚀的PFA材料制成,有很好的耐酸碱性,主要应用于刻蚀机和清洗机。

● 气体控制阀采用316不锈钢制成,长耐久性、高抗腐蚀,首创的集成式气体供给系统(IGS)已被广泛应用。在2003年,CKD研发成功了目前最大的功能最齐全的集成气体供给系统。

● 真空控制元件采用波纹管缓冲形式,工作可靠安全。CKD研制的比例控制真空阀,将真空阀、比例装置、蝶阀和回气阀集成为一体,是开创性的新产品。

6.超纯气动和流体元件在制造过程中,进行特殊清洗和双重包装,保证其外表0.1μm以上的灰尘颗粒在10个以下,并使其在运输中避免再污染的危险。
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (8/6/2010)
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