Από την κασέτα στοFOUP:Η Εξέλιξη των Φορέων Γκοφρέτας

Γιατί «το κουτί που χωρά γκοφρέτες» διαμορφώνει τον αυτοματισμό, την απόδοση και το κόστος

Στην κατασκευή ημιαγωγών, μερικά από τα πιο κρίσιμα εξαρτήματα είναι επίσης τα λιγότερο εντυπωσιακά. Ένα από αυτά συνοδεύει μια γκοφρέτα από fab-in σε fab-out, αλλά σπάνια τραβάει τα φώτα της δημοσιότητας:ο φορέας της γκοφρέτας.

Όταν οι άνθρωποι συναντούν για πρώτη φορά ένα FOUP, πολλοί υποθέτουν ότι είναι απλώς ένα ισχυρότερο, καθαρότερο πλαστικό κουτί. Αλλά η αντιμετώπιση του ως απλή «συσκευασία» χάνει την πραγματική του σημασία.

Ένα FOUP είναι τοκοινή γλώσσαμεταξύ εργαλείων διεργασίας, αυτοματοποιημένων συστημάτων χειρισμού υλικών, ελεγχόμενων μίνι περιβαλλόντων και βιομηχανικών προτύπων.

Η εισαγωγή του δεν ήταν μια σταδιακή βελτίωση - ήταν αθεμελιώδης ενεργοποιητήςαυτοματοποιημένης κατασκευής μεγάλης κλίμακας στην εποχή των 300 mm.

Πριν το FOUP γίνει κυρίαρχο στα μέσα της δεκαετίας του 1990, οι μεταφορείς γκοφρέτας ακολούθησαν μια σαφή εξελικτική πορεία:

Κασέτα → SMIF → FOUP

Αυτή η εξέλιξη αντικατοπτρίζει τη στροφή της βιομηχανίας ημιαγωγών από τις ανθρωποκεντρικές λειτουργίες στον αυτοματισμό σε επίπεδο συστήματος.

Οι αίθουσες καθαριότητας δεν επαρκούν: Οι φορείς ως μέρος του ελέγχου μόλυνσης

Είναι δελεαστικό να πιστεύουμε ότι οι υψηλότεροι βαθμοί καθαρισμού από μόνες τους μπορούν να λύσουν προβλήματα μόλυνσης. Στην πραγματικότητα, η βασική μεταβλητή στην κατασκευή γκοφρέτας δεν είναι η απόλυτη καθαριότητα, αλλά:

Πόσο συχνά μια γκοφρέτα μεταβαίνει μεταξύ της απομόνωσης και της έκθεσης στο περιβάλλον της.

Μια μεμονωμένη γκοφρέτα μπορεί να περάσει από εκατοντάδες βήματα διαδικασίας - λιθογραφία, εναπόθεση, χάραξη, καθαρισμός και μετρολογία. Κάθε λειτουργία μεταφοράς, ουράς και φόρτωσης εισάγει κίνδυνο μόλυνσης.

Μία από τις βασικές ιδέες πίσωSMIF (Τυπική μηχανική διεπαφή)ήταν να αποσυνδεθούν οι γκοφρέτες από την πλήρη καθαριότητα και αντ' αυτού να τις προστατέψουν μέσα σε ένα αυστηρά ελεγχόμενομίνι-περιβάλλον, όπου η ροή αέρα, η πίεση και τα επίπεδα σωματιδίων είναι πολύ πιο σταθερά.

Υπό αυτή την έννοια, οι μεταφορείς γκοφρέτας δεν είναι απλώς εργαλεία logistics — αποτελούν βασικό στοιχείο του fab'sστρατηγική ελέγχου της μόλυνσης:

• Ανοιχτοί φορείςβασίζονται στην καθαριότητα ολόκληρου του εργοστασίου και είναι ευαίσθητοι στην ανθρώπινη δραστηριότητα και στις διαταραχές της ροής του αέρα.

• Σφραγισμένοι φορείς με τυποποιημένες διεπαφές εξοπλισμούσπρώξτε το καθαρό όριο προς τα κάτω στη διεπαφή φορέα-εργαλείου, μειώνοντας δραματικά την έκθεση του πλακιδίου.

Υπάρχει επίσης ένας πρακτικός οδηγός: καθώς οι γκοφρέτες μεγαλώνουν, οι φορείς γίνονται βαρύτεροι, η απόδοση αυξάνεται και ο χειροκίνητος χειρισμός γίνεται και δαπανηρός και ασταθής.

Ως αποτέλεσμα, η εξέλιξη του φορέα συγκλίνει φυσικά σε δύο στόχους:

Ισχυρότερη απομόνωση από τη μόλυνσηκαιμεγαλύτερη συμβατότητα με τον αυτοματισμό.

The Cassette Era: The Golden Age of Open Carriers (150 mm / 200 mm)

Στις εποχές των 150 mm και 200 ​​mm, ο κυρίαρχος φορέας γκοφρέτας ήταν οκασέτα— μια δομή ανοιχτού πλαισίου με στηρίγματα με σχισμή που επιτρέπουν την εύκολη φόρτωση των γκοφρετών από χειριστές ή βραχίονες ρομπότ.

Γιατί λειτούργησαν οι κασέτες

Οι κασέτες ευδοκίμησαν επειδή ήταν:

• Δομικά απλό

• Χαμηλό σε κόστος

• Εξαιρετικά συμβατό σε όλα τα εργαλεία

• Εύκολος χειρισμός με το χέρι

Σε μια εποχή που η αυτοματοποίηση του εξοπλισμού ήταν περιορισμένη, οι κασέτες υποστήριζαν επαρκώς τη μεταφορά πλακιδίων, την αποθήκευση και τη φόρτωση εργαλείων.

Τα όρια του ανοίγματος

Καθώς αυξάνονταν οι κατασκευαστικές απαιτήσεις, έγιναν σαφείς δύο διαρθρωτικές αδυναμίες:

1. Η καθαριότητα εξαρτιόταν από το υπέροχο περιβάλλον

Κατά τη μεταφορά και την ουρά, οι γκοφρέτες εκτέθηκαν απευθείας στη ροή του αέρα του περιβάλλοντος και σε διαταραχές σωματιδίων που προκλήθηκαν από εργαλεία και προσωπικό.

2. Κακή επεκτασιμότητα σε μεγαλύτερα μεγέθη γκοφρέτας

Καθώς αυξάνονταν οι διάμετροι γκοφρέτας, οι απαιτήσεις βάρους και ακαμψίας του φορέα αυξήθηκαν απότομα. Οι ανοιχτές δομές παρείχαν μικρή βοήθεια στη σταθεροποίηση του μικροπεριβάλλοντος του πλακιδίου, αυξάνοντας τον κίνδυνο χειρισμού.

Η κασέτα ήταν ουσιαστικά ηκιβώτιο αποστολής πρώιμων ημιαγωγών— αξιόπιστο και πρακτικό, αλλά ακατάλληλο για ένα μέλλον υψηλότερου αυτοματισμού και αυστηρότερους προϋπολογισμούς μόλυνσης.

The SMIF Era: Mini-Environments and the Birth of Interface Thinking

Καθώς οι στόχοι απόδοσης έγιναν αυστηρότεροι, ο κλάδος άρχισε να θέτει μια νέα ερώτηση:

Τι θα συμβεί αν σταματήσουμε να βασιζόμαστε σε ολόκληρο το καθαρό δωμάτιο και αντ' αυτού προστατεύσουμε τη γκοφρέτα τοπικά;

Αυτή η σκέψη οδήγησε σεSMIF.

Η έννοια SMIF

Το SMIF παρουσίασε:

• Σφραγισμένοι λοβοί για μεταφορά γκοφρέτας

• Τοπικό περίβλημα στη διεπαφή του εργαλείου

• Ελεγχόμενα μίνι-περιβάλλοντα μέσα στα εργαλεία διεργασίας

Ο αντίκτυπος ήταν σημαντικός:

• Τα συμβάντα έκθεσης σε γκοφρέτα μειώθηκαν δραστικά

• Ο έλεγχος της μόλυνσης μετατοπίστηκε από τοεπίπεδο εγκατάστασηςστοεπίπεδο διεπαφής

Το πιο σημαντικό, η SMIF εισήγαγε μια ιδέα που θα διαμόρφωσε όλα τα μελλοντικά σχέδια κινητής τηλεφωνίας:

Ο φορέας είναι μέρος του συστήματος εξοπλισμού - όχι ένα παθητικό δοχείο.

Οι περιορισμοί του SMIF

Το SMIF ήταν σε μεγάλο βαθμό μια λύση 200 mm. Ενώ βελτίωσε τον έλεγχο της μόλυνσης, δυσκολεύτηκε με:

• Περιορισμένη επεκτασιμότητα για πλήρη αυτοματοποίηση fab

• Μηχανική πολυπλοκότητα

• Ελλιπής ενοποίηση με αυτοματοποιημένα logistics

Η μετάβαση στην κατασκευή 300 mm απαιτούσε μια πιο καθαρή, απλούστερη και πιο αυτοματοποιημένη λύση.

FOUP: Η βάση της αυτοματοποιημένης κατασκευής 300 mm

FOUP (Μπροστινό ανοιγόμενο ενιαίο κάλυμμα) εμφανίστηκε μαζί με τον εξοπλισμό διεργασίας 300 mm στα μέσα της δεκαετίας του 1990, σχεδιασμένος εξαρχής για πλήρως αυτοματοποιημένα εργοστάσια.

Το FOUP δεν ήταν μια σταδιακή αναβάθμιση - ήταν αεπανασχεδιασμό σε επίπεδο συστήματος.

Τρία καθοριστικά χαρακτηριστικά του FOUP

1. Πλήρως σφραγισμένο μίνι-περιβάλλον

• Σταθερός εσωτερικός έλεγχος ροής αέρα και σωματιδίων

• Ελάχιστη έκθεση σε γκοφρέτα

• Βελτιωμένη συνέπεια απόδοσης

2. Αρχιτεκτονική που ανοίγει μπροστά

• Άμεση διεπαφή με μπροστινές άκρες εργαλείων

• Δεν απαιτείται ανθρώπινη παρέμβαση

• Βελτιστοποιημένο για ρομποτικό χειρισμό

3. Ενιαία πρότυπα σε όλη τη βιομηχανία

Το FOUP επέτρεψε ένα ολοκληρωμένο οικοσύστημα προτύπων που καλύπτει:

• Μηχανικές διαστάσεις

• Συμπεριφορά σύνδεσης

• Μηχανισμοί πόρτας

• Ταυτοποίηση και επικοινωνία

Αυτό επέτρεψε στους προμηθευτές εργοστασίων και εξοπλισμού να λειτουργούν σε ένα κοινό, διαλειτουργικό πλαίσιο.

Τα ακρωνύμια που το έκαναν να λειτουργήσει: FIMS, PIO και AMHS

Η δύναμη του FOUP δεν βρίσκεται μόνο στο ίδιο το pod, αλλά στον τρόπο σύνδεσης του με την υποδομή αυτοματισμού του fab.

FIMS: Μηχανικό πρότυπο διεπαφής μπροστινού ανοίγματος

Καθορίζει τη μηχανική διεπαφή μεταξύ FOUP και εργαλείου:

• Γεωμετρία σύνδεσης

• Ακολουθία ανοίγματος της πόρτας

• Συμπεριφορά σφράγισης

Η FIMS διασφαλίζει ότι τα FOUP λειτουργούν με συνέπεια σε εξοπλισμό από διαφορετικούς προμηθευτές.

PIO: Παράλληλη διεπαφή εισόδου/εξόδου

Καθορίζει τα σήματα χειραψίας μεταξύ FOUP και εργαλείου:

• Ανίχνευση παρουσίας

• Επιβεβαίωση σύνδεσης

• Ασφαλείς καταστάσεις μεταφοράς

Το PIO επιτρέπει στα εργαλεία να γνωρίζουν ακριβώς πότε μπορούν να ανταλλάσσονται γκοφρέτες.

AMHS: Automated Material Handling System

Το επίπεδο logistics σε επίπεδο fab, που περιλαμβάνει:

• Μεταφορά εναέριου ανυψωτικού (OHT)

• Αυτοματοποιημένα οχήματα καθοδήγησης (AGV)

• Αποθέματα και buffers

Μαζί, αυτά τα συστήματα μετατρέπουν ένα σύγχρονο fab σε κάτι πιο κοντά στο απλήρως αυτοματοποιημένη θύρα:

• Τα FOUP είναι τα δοχεία

• Το AMHS είναι το δίκτυο logistics

• Τα εργαλεία διεργασίας είναι τα τερματικά σύνδεσης

Γιατί ένα «κουτί» επηρεάζει άμεσα την απόδοση και το κόστος

Ο φορέας γκοφρέτας καθορίζει τρία κρίσιμα αποτελέσματα:

1. Συχνότητα έκθεσης γκοφρέτας

Κάθε έκθεση αυξάνει τον κίνδυνο ελαττώματος.
Λιγότερες εκθέσεις μεταφράζονται άμεσα σε υψηλότερη απόδοση.

2. Πτυχίο αυτοματισμού

Ο αυτοματισμός προσφέρει:

• Σταθεροί χρόνοι τακτ

• Μειωμένη ανθρώπινη μεταβλητότητα

• Χαμηλότερο μακροπρόθεσμο λειτουργικό κόστος

3. Διαλειτουργικότητα εξοπλισμού

Οι τυποποιημένες διεπαφές σημαίνουν:

• Ταχύτερη πιστοποίηση εργαλείου

• Χαμηλότερο κόστος ολοκλήρωσης

• Πιο εύκολη επέκταση και αναβαθμίσεις fab

Συμπέρασμα: Από το κοντέινερ στον κόμβο συστήματος

Η εξέλιξη των φορέων γκοφρέτας αντανακλά μια βαθύτερη αλλαγή στη φιλοσοφία της κατασκευής ημιαγωγών:

Το σημερινό FOUP δεν είναι πλέον ένα απλό δοχείο.
Είναι ένακρίσιμος κόμβοςσε ένα εξαιρετικά βιομηχανοποιημένο σύστημα παραγωγής.

Όταν βλέπετε σειρές από FOUP να κινούνται από πάνω σε ένα fab, δεν παρακολουθείτε απλώς τη μεταφορά γκοφρετών — βλέπετε ένα περίπλοκο, τυποποιημένο, αυτοματοποιημένο σύστημα που λειτουργεί ακριβώς όπως έχει σχεδιαστεί.