Таблица 1.1

Таблица 1.2

значении влажности должен быть уменьшен и при изготовлении

фотошаблонов и фотолитографии составлять менее ±5 %, при проведении операций напыления ±(10... 15)%. Помещения по температурно-влажностным параметрам микроклимата атмосферы подразделяются на три класса (табл. 1.1).

Частицы пыли, оседающие из атмосферы, могут быть причинами различных дефектов структур, таких как обрывы и короткие замыкания проводников, локальное растравливание, нарушения диффузионных областей и т. п. Допустимые размеры и количество содержащихся в единице объема пылинок определяются технологической операцией и размерами элементов структуры. По степени запыленности атмосфера помещений и рабочих мест подразделяется на пять классов (табл. 1.2).

Необходимые параметры воздушной атмосферы рабочих мест по температуре, влажности и запыленности обеспечиваются за счет кондиционирования воздуха помещений, применения чистых комнат, пылезащитных туннельных систем и камер, герметичных скафандров и боксов.

Мелкие частицы пыли находятся в воздухе во взвешенном состоянии и оседают чрезвычайно медленно. Так, скорость осаждения частиц пыли размером 0,2 мкм составляет около 0,6 см/ч, размером 1 мкм-12 см/ч. Для тщательного обеспыливания необходимо равномерно фильтровать весь без исключения объем находящегося в помещении воздуха, что достигается правильной организацией аэродинамики.

Наибольшее распространение получили чистые комнаты с вертикальным ламинарным потоком. Скорость потока воздуха составляет в них 0,25... 0,5 м/с, что соответствует 400... 500 обменам воздуха в час. Чтобы внешний воздух не проникал через неплотности дверей и шлюзов в комнату, в ней создается избыточное давление около 10...20 Па. Поскольку основным источником пыли является человек, для получения в комнатах первого класса чистоты на одного работающего должно приходиться не менее 10... 15 м2 помещения.

Развитие средств тщательного обеспыливания показано на рис. 1.1. Первоначально требуемые параметры воздушной среды обеспечивались средствами локальной очистки (рис. 1.1,а), открытыми и герметичными боксами, фильтрующими модулями. Для обеспечения высокого класса чистоты эти устройства устанавливались в помещениях с кондиционированным воздухом.

Типовая конструкция открытого бокса с вертикальным ламинарным потоком воздуха изображена на рис. 1.2. Воздух забирается из помещения, пропускается через фильтр грубой очистки 3 и нагнетается насосом 4 в верхнюю полость, отделенную от рабочей зоны высокоэффективным фильтром тонкой очистки 2 и пер-

I I

7 у

Рнс. 1J. Развитие технических средств очистки воздуха

форированной решеткой 1, обеспечивающей при скоростях воздуха 0,2 ... 0,5 м/с поток, близкий к ламинарному. В рабочей зоне бокса устанавливается необходимое малогабаритное оборудование. Фильтрующие модули предназначены для установки сравнительно крупногабаритного оборудования. Они включают в себя нагнетающе-фильтрующий блок и ограждение. Блок состоит из фильтров грубой и тонкой очистки и вентилятора между ними. В зависимости от исполнения модуля блок или подвешивается к потолку (воздушный душ), или опирается на ограждение.

Герметичные боксы применяются, когда предъявляются особые требования к химическому составу или влажности среды, и состоят из герметичной камеры и системы газообеспечения, подающей и отводящей газ из рабочей зоны.

Использование средств локального обеспыливания не могло удовлетворить требованиям, предъявляемым ко всем операциям технологического процесса, особенно с увеличением степени интеграции и уменьшением размеров элементов ИС. Для выполнения наиболее ответственных операций, таких как изготовление фотошаблонов, фотолитография, напыление и другие, во второй половине 60-х годов были разработаны чистые комнаты с ламинарным потоком (рис. 1.1,6).

Типовая чистая комната представляет собой герметизированный объем (рис. 1.3), состоящий из рабочего помещения и там-7

Рис. 1.2. Открытый бокс с ламинарным потоком

Рис. 1.3. Конструкция типовой чистой комнаты

бура. В рабочем помещении установлено технологическое оборудование. Потолок комнаты набран из нагнетающе-фильтрующих блоков 1, включающих фильтры грубой и тонкой очистки и вентилятор. Использование современных фильтрующих материалов позволяет эффективно очищать воздух от частиц размером до 0,1... ...0,15 мкм. Через фильтр проникает в среднем лишь одна такая частица из 10 000. Пол 4 состоит из просеченных металлических листов, на которые положена деревянная решетка. По периферии выполнены окна 3 для выхода воздуха. Стены набраны из панелей нескольких модификаций - глухих, с окном 6, дверью, с передаточным шлюзом 5, которые могут набираться в любой последовательности. В такой чистой комнате может быть достигнут первый класс чистоты. Воздух забирается и выбрасывается во внешнее помещение, в котором поддерживаются необходимые температур-нонвлажностные параметры.

Дальнейшим шагом развития средств для тщательной очистки воздуха является комплексное использование средств локальной очистки и чистых комнат. Это господствующее направление 70-х годов (рис. 1.1,s). Площадь чистых комнат достигла 1000 м2, в них стали размещаться целые технологические линейки по выпуску ответственных ИС, несколько десятков единиц оборудования. Однако такие системы имели недостатки: ухудшение атмосферы при ремонте, наладке и профилактической чистке оборудования; сложность удаления вредных отходов и примесей, выделяющихся при работе оборудования; сложность разводки коммуникаций; высокая стоимость эксплуатации системы очистки и нагнетания воздуха.

В конце 70-х - начале 80-х годов появилось новое поколение технологического оборудования, спроектированного с учетом ранее накопленного опыта его эксплуатации в условиях повышенных требований к обеспыленности окружающей среды. Это - автоматические линии Лада , напылительные установки нового поколения и др.

Помимо того, что такие установки снабжены встроенными локальными средствами обеспыливания, в них четко выделены и разграничены три зоны (рис. 1.1,г): 1 - рабочая зона, в которой проводятся рабочие операции и операции загрузки-выгрузки; 2 - зона присутствия оператора; 3 - техническая зона ремонта, наладки и обслуживания. Постоянного нахождения оператора в зоне 1 не требуется, он присутствует там лишь эпизодически и управляет процессом из зоны 2. Все основные механизмы и агрегаты, требующие ремонта, чистки и обслуживания, сосредоточены в зоне 3, противоположной зонам 1 и 2.

Подобные установки удачно встраиваются в появившиеся недавно чистые туннельные системы (рис. 1.1,5). В поперечном сечении система состоит из чистых рабочих зон 1, зон присутствия операторов 2 и технических зон 3. В зоне 1 (рабочем туннеле) с

помощью встроенных систем вентиляции оборудования 7 и с помощью воздуховодов 4 (если оборудование 5 без систем вентиляции) обеспечивается ламинарный поток очищенного воздуха по всей длине туннеля. Операторы, обслуживающие технологическое оборудование, находятся в зоне 2, имеющей обычно ламинарно-струйную аэродинамику. Давление в зоне 1 несколько выше, чем в зоне 2, так что течения из зоны 2 в зону 1 не происходит.

В зоне 3 проводится техническое обслуживание и ремонт оборудования, находятся вентиляторные системы, трубопроводы и

коммуникации 6.

Подобные системы по сравнению с чистыми комнатами при том же классе чистоты дешевле в эксплуатации, поскольку требуют меньшей суммарной мощности вентиляторов, удобнее в ремонте и техническом обслуживании оборудования, проще в таких системах и удалять вредные отходы и примеси, поскольку они попадают в техническую зону 3.

В таких туннельных системах широко применяются и средства локальной защиты подложек. Часто они транспортируются в герметичных контейнерах с контролируемой атмосферой, при этом пластины при перегрузке, минуя внешнюю среду, непосредственно поступают внутрь технологической установки. Широко используются для транспортировки и вакуумированные коридоры. Такие системы транспортирования подложек описаны в § 12.2 и 12.3.

Проблема инородных частиц в производстве больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС) стоит столь остро, что в настоящее время разрабатываются системы контроля и очистки от них даже среды в вакуумных камерах. Разрабатываются специальные роботы для работы в чистых помещениях, механизмы с минимальным выделением продуктов износа, отсутствием карманов и зон, способствующих скоплению пылинок.

1.2 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ

Наибольшее применение в технологии производства ИС нашли следующие газы: азот и аргон как нейтральная среда, водород как восстановительная и кислород как окислительная среда. Поставляемые специализированными предприятиями газы, как правило, не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям и нуждаются в дополнительной очистке от влаги, пыли и примесей инородных газов. Нормы дополнительной очистки технологических газов приведены в табл. 1.3.

Для очистки азота и аргона предназначены установки УОГА производительностью 25; 50 и 100 м3/ч (рис. 1.4). Газ одновременно поступает на регенерацию одного из адсорберов и на очистку. Встроенным нагревателем в регенерируемом адсорбере ад-

Таблица 1.3

сорбент нагревается до температуры 180... 190°С, и выделяемая влага уносится газом, который охлаждается холодильником Ti или Т2, и поступает на очистку. Для связывания кислорода через электромагнитный клапан К и автоматически регулируемый вентиль исполнительного механизма ИМ в очищаемый газ добавляется водород в количестве, на 0,5... 1,5% превышающем потребное. В очистителе О кислород и водород в присутствии нагретого до 90...100°С палладиевого катализатора образуют воду и доля остаточного кислорода составляет менее Ы0 4%, Затем газ поступает в реактор Р, где при температуре 350°С водород связывается нанесенной на алюмогель окисью меди СиО так, что его остаток не превышает Ы0~3%. После теплообменника Тз газ с температурой 30...35°С поступает в теплообменник И, охлаждаемый фреоном от холодильной машины ХМ.

При температуре 3...5°С большая часть влаги конденсируется и удаляется из холодильника. Остаток влаги удаляется адсорбером Ai или А2, после

чего происходит окончательная очистка от пыли фильтром Ф, и очищенный газ поступает в сеть.

Установка снабжена автоматическими приборами для контроля влаги, кислорода и водорода. Как только в реакторе Р вся окись меди будет восстановлена и избыточный водород перестанет связываться, его содержание в очищенном газе повысится и клапан К автоматически закроет-

Рис. 1.4. Схема установки для очистки азота и аргона УОГА-50

-(Водород

Вход на очистку

Очищенный га?

т

Огив конденсата