集成电路制造中的气动系统

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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。
& j! r9 r5 |% Z* Y% S2 d$ hCKD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。
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。
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。
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。
3 q6 t, I' C) {$ X  m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。
% N1 a* T1 o' l5 D  r3.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。
& a) v9 ~8 _, t  a+ c$ z: E4. 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：
" q" m3 v5 R2 \. q+ ]+ D4 X- m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。
, o) P5 L% D6 v7 U( d( i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。
( |0 s/ |! G0 Y/ L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。
- {) G! g7 S/ M- t- T; d6.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。
文章关键词： 气动系统、材料、传感器、阀门、不锈钢