运用普旭(Busch)的最新真空技术,可以降低晶圆处理40%的操作成本

奥得河畔法兰克福 (Frankfurt) , 德国 位于德国法兰克福的高性能微电子创新研究所(IHP)是莱布尼茨协会的会员。它开展硅基系统、最高频率集成电路以及无线和宽带通信技术领域的研究和开发。该研究所的研究重点是面向电信、半导体和汽车工业、航空航天、远程医疗和自动化技术的商业问题和解决方案。该研究所也已发展成为国际公认的硅锗技术能力中心。IHP选择了来自普旭(Busch)设计的最先进的中央真空系统来为洁净室提供真空。全自动真空系统可为80个源自不同部门的真空消耗室提供所需的真空以保持或处理晶片。
图1:: 真空用于在显微镜下保存晶圆进行测试
图1:: 真空用于在显微镜下保存晶圆进行测试

IHP为学术界和工业界提供了重要的桥梁。与柏林勃兰登堡地区的大学和应用科学大学结合的这所联合实验室合作尤其成功。作为一个公共研究机构,它由勃兰登堡州和德国联邦政府资助。IHP雇佣了来自20多个国家的300名员工。大约有一半的员工是科学家,主要是工程师和物理学家,他们从事跨学科和以应用为导向的研究。创新研究中心的核心是拥有1000平方米一级洁净室的洁净室大楼,晶片是在这里以类似于工业条件制备的。晶片试生产的开发是为了研究工业生产晶片的可能性。用于晶片生产的所有的洁净室中共有80个真空消耗区。例如,这些消耗区简单来说就是真空镊子,员工手动操作以观察晶片。用于运送晶片或将其放置在指定位置以便进行进一步加工的处理设备也连接到该设施的真空网络。此外,在显微镜上不同的真空夹持装置(图1)使用(图1)于蚀刻和涂布过程,或在光刻系统中。

自1999年搬入法兰克福东勃兰登堡科技园区的新大楼后,一套由3台相同的液环真空泵组成的真空装置已经投入使用。然而,IHP的团队对这个解决方案并不满意。首先,这些真空泵需要水作为操作液体。在这种情况下使用脱钙、脱矿质水,需要花力气和相关成本。其次,这些真空泵不能调节,因此在无法根据实际真空需求调节时消耗不必要的能源。由于洁净室的所有工艺步骤都依赖于中央真空的供应,所以团队也担心可靠性,尤其是备件的供应可靠性变得越来越重要。

因此,在2016年,他们开始寻找一种最先进的新型的真空技术,可以尽可能实现经济运行,并保证最高程度的可靠性。


图2:真空系统为洁净室提供真空

他们选择了一套来自普旭(Busch)的配备了3台COBRA NX螺杆真空泵(图2)的真空系统。2016年12月,这个系统被一个泵一个泵分步安装,当新系统开始运行时,现有的液环真空泵被拆除。

COBRA NX螺杆真空泵(图3)使用干式压缩,所以他们不需要任何操作液体来产生真空。这种无接触式的运行技术,两个螺杆向相反的方向旋转,不互相或也不与腔体接触。螺杆与腔室缝隙小,所以不需要任何操作液来密封。这种技术还具有绝对免维护的优点,即不需要更换易损部件。


图3:COBRA NX干式螺杆真空泵的横截面

所有3台安装的COBRA NX螺杆真空泵的速度都可根据需要进行控制和操作。这确保了唯一的真空泵在运行时,实际需要保持的50到60毫巴的真空水平。真空系统的尺寸是这样的,两个COBRA NX真空泵在100%输出足够满负荷运行。第三个真空泵作为备用,以增加可靠性。控制系统确保所有三个真空泵都有相同的工作时数,使它们均匀地加载。控制系统是自给自足的,并保证所需的真空度保持不变。反过来,自调节控制系统连接到建筑控制技术,它记录了可能发生的任何问题,并可用于调用不同的参数。

真空系统一年到头24小时运转。它是洁净室大楼设施的一部分,与其他供应工具,如压缩空气供应、冷却水处理、烟雾洗涤器或供电单元一起位于一楼。所有这些供应单位都位于一个干净的房间里。额外的系统如散热器、冷却器和变压器位于二楼,而洁净室大楼的实际核心区域在三楼;这是制作晶片的所有过程步骤发生的地方。

在刚开始的几个月后,他们就已经看到运营成本下降了40%。这也是可能的,因为COBRA NX螺杆真空泵由于其高效率的因素需要较少的电机功率;因此,他们可以使用较小的电机尺寸,而不是液环真空泵。速度控制可精确地调整实际需要;由于技术原因,液环真空泵不可能进行速度控制。此外,水作为一种操作流体的成本和所有相关的准备和循环的能源费用不再适用。因此,利用普旭(Busch)的最先进的真空技术,可以使真空供应更加经济和可靠。


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