EN
Niiskuse hoidmine väga rangesti ±1% RH piires on kriitilise tähtsusega pooljuhtide valmistamise tehastes, kuna isegi väikesed kõikumised võivad põhjustada räni venimist või tekitada probleeme õrnas litograafia protsessis. Võtke näiteks TSMC Fab 18 tehase, kus toodetakse neid tipptasemel 3nm kiipe. Nende kondenseerumiskontrollisüsteemid töötavad ületundlikult, eemaldades iga tunniga muljet avaldavad 4200 liitrit niiskust, et hoida suhtelist niiskust stabiilselt 45% juures. Et toimetulla staatiliste laengutega, mis võivad seadmeid kahjustada, kasutatakse tehases laialdaselt iooniseeritud õhukatteid. Need süsteemid vähendavad staatilisi tasemeid alla 10 volti, mis on oluline erinevus siis, kui käsitatakse neid äärmiselt tundlikke 300mm plaatide. Ja ärge unustage ka mitmeastmelist keemilist puhastussüsteemi, mis tegeleb fotoreostist eralduva gaasiga. Vähendades heiteid alla 1 osa miljardis, aitavad need puhastid vältida kallihinnalisi saagikuse kadusid ekstrem-uv (EUV) litograafia toimingute ajal.
Intel uus D1X seade sisaldab umbes 1 200 ULPA filtrit, mis kinni peavad osakesed kuni 0,12 mikroni suurused 99,9995% tõhususega kõikides ISO 3 puhtsusklassi ruumides. Nad on rakendanud erilise astmelise õhuvoolu süsteemi, mis vahetub 500–750 korda tunnis. See on tegelikult viis korda kiirem kui tavaliselt farmaatsiatööstuse puhtsalklates, mis aitab vabaneda EUV-seadmete pinnalt tekivatest aminiprahtudest. Värskeste pooljuhtide tootmise ekspertide uuringute kohaselt vähendab see täpsem filtreerimine osakeste põhjustatud defekte ligikaudu 83% võrreldes vanemate süsteemidega, mida tööstuses endiselt kasutatakse.
Täpsetes pooljuhtide tehastes on paigaldatud üle 2 000 traadita andurite, et pidevalt jälgida olulisi parameetreid:
| Parameeter | Lävend | Mõõtmise sagedus |
|---|---|---|
| Osakesed ≥0,1 μm | <0,5/cm³ (ISO 3) | Iga 6 sekundi tagant |
| Vibratsioon | <2 μm/s² | Jätkuv |
| Rõhierotus | +15 Pa miinimum | Iga 30 sekundi tagant |
See reaalajas telemetria võimaldab kliimaseadme kohandusi juba 0,8 sekundi jooksul pärast kõrvalekaldeid, toetades tootlikkust üle 98,5% 5 nm protsessis. Automatiseeritud süsteemid reageerivad kiiremini kui käsitsi sekkumine, säilitades stabiilsuse suurmahuliste toodangute korral.
Pooljuhtide tootmiseks kasutatavad puhtad ruumid järgivad rangeid ISO 14644-1 standardeid klassist 4 kuni 8, mis tähendab, et need kontrollivad õhus olevaid osakesi vahemikus umbes 352 kuni 35 200 osakest, mille suurus on 0,5 mikronit või suurem kuupmeetri kohta. Need nõuded sõltuvad suuresti tootmisprotsessi tundlikkusest. Võrreldes farmaseutikatööstuste näitega, kus töödakse ISO klassides 5 kuni 8, on need nõuded ligikaudu 100 korda rangedamad. Kuigi seda ei kasutata enam ametlikult, mõjutab endine FS 209E standard siiski seadmete disaini, eriti oma kuulsa klassi 100 reitingu kaudu, mis lubas mitte rohkem kui 100 sellist osakest kuupsingi õhuruumi kohta, vastavalt ISO klassi 5 nõuetele. Kõige kvaliteetsemad tootjad hoiavad kõrgeimat ISO klassi 4–5 ruumi spetsiaalselt kriitiliste protsesside jaoks, nagu litograafia ja sette töö. Tegelikult võib ükski pisike 0,3 mikroni suurune osake piisata räpiseks kremalauaks, mille väärtus on viimasel aastal SEMI 2023. aasta raportite kohaselt peaaegu 740 000 dollarit.
SEMI F51 standard läheb ISO tavalisest ulatusest kaugemale, kui on vaja kontrollida õhus olevat molekulaarset saastumist (AMC). See piirab lenduvaid orgaanilisi ühendeid alla ühe osa miljardi kohta, mis on üsna range. Teiselt poolt nõuab SEMI E89 pidevat osakeste reaalajas jälgimist. Kui normaalsete tasemetega võrreldes esineb hälvet rohkem kui 5%, käivituvad automaatselt häire süsteemid. Need standardid on justjuhtide jaoks eriti olulised, sest need lahendavad konkreetseid probleeme, nagu fotorežisti lagunemine ja metallikorrosioon, mida bio- ja farmaatsiatööstuses reguleerimisel ei esine. Pooljuhtide tootjad peavad nendele nõuetele tähelepanu pöörama, sest nõuete mittejärgimine võib hiljem põhjustada tõsiseid tootmisprobleeme.
Pooljuhtide puhtklassiruumid, mis on liigitatud ISO klassi 4 alla, vajavad tavaliselt 400 kuni 600 õhuvahetust tunnis. See on ligikaudu 12 korda rohkem kui tavapärastes farmaatsiatööstuse keskkondades. Nende ruumide sobivaks hoidmiseks tänapäevaseks alla 5 nm tehnoloogia tootmiseks kasutavad rajatised ULPA-filtreid, mis kinni peavad 99,9995% osakestest kuni 0,12 mikroni suurusteni. Kui tegemist on umbes 10 aatomi paksuste läbipõletega, siis isegi väikesed saasteained on väga olulised. Mõelge ainult sellele: üks inimese juust võib ISO klassi 5 piirkonda paisata üle 600 tuhande mikroskoopilise osakese. See illustreerib, miks pooljuhtide valmistamisel on nii range kontroll niivõrd kriitilise tähtsusega.
Viimaste tööstuse uuringute kohaselt on praegu 93% uuematest pooljuhtide valmistamise tehastest ISO klassi 5 või puhtamas, mida on edasi lükanud EUV-litograafia ja 3D NAND-tihendite nõuded. See tähendab 40% suuremat kasutamist ultrapuhastes ruumides alates aastast 2018 (FabTech 2023).
Parimad valmistamise seadmed hoiavad niiskustaset alla poole protsendipunkti RH ja saavad temperatuuri reguleerida kuni 0,02 kraadi Celsiuse täpsusega, kasutades keerukaid keskkonna kontrollisüsteeme. Aasia suurtootja on rakendanud iooniseeritud õhukattekardinaid, mis hoiavad staatilist pingealust alla 50 volti, aidates vältida mikroskoopilisi defekte 3nm kiipide töötlemisel. Kui need meetodid kombineeritakse mitmeastmelise keemilise puhastusega, tagatakse, et fotoreaktiivsete ainete lagunemisel eralduvad lenduvad ühendid jääksid alla ühe osa miljardi kohta. See on eriti oluline heade saagikate tagamiseks ekstremse ultravioletriki litograafiaprotsessides.
ISO 14644 standarditele vastavad filtreerimissüsteemid suudavad töödelda umbes 600 õhuvahetust tunnis, kui need on varustatud ULPA filtritega. Need filtrid kinni peavad muljetavaldavalt 99,999% osakestest, mis on suuremad kui 0,12 mikronit, mis on tegelikult ligikaudu 50 korda rangedam kui nõuded farmatseutilistes keskkondades. Vaatame ühte suure Põhja-Ameerika tootja teadusuuringute rajatisesse. Nad on rakendanud kombinatsiooni HEPA laegistrikke koos perforeeritud põrandatega, mis loovad laminarvoolu mustreid. See paigaldus hoiab osakeste arvu tootmisprotsessis alla 10 osakese kuupjalgu kohta 5 nanomeetri komponentide valmistamisel. Veelgi suurema puhtuse saavutamiseks kasutatakse molekulaarseid adsorptsioonipatju, et eemaldada õhus leiduvaid hapete ja dopeerivate ainetega jälged ppm (parts per billion) kontsentratsioonis.
Nende süsteemidesse integreeritud andurvõrgud jälgivad üle 15 erineva teguri, sealhulgas neid pisikesi 0,1 mikromeetrit suuri osakesi ja erinevaid värinasisesteid, andmed uuendatakse iga poolteise sekundi tagant. Kui näitajad lähevad ISO klassi 5 standarditest üle, sekkuvad automaatjuhtimissüsteemid täpselt reguleerima õhuvoolu kiirust umbes 0,1 meetrit sekundis, mis on palju täpsem kui mõni inimlik käsitsi reguleerimine. Tagasisideahel töötab nii hästi, et saastumine põhjustab tootlikkuse langusest vaid umbes 0,01 protsenti, kuigi selle süsteemi kaudu töödeldakse ligikaudu 150 tuhat plaati kuus.
Kui töödeldakse pooljuhtdeemeid alla 3 nm, peavad ULPA-filtrid kinni püüdma vähemalt 99,9995% osakestest, mis on 0,12 mikronit või suuremad. Paljud suurimad valmistusettevõtted rakendavad nüüdseks nutikaid õhuvoolu haldussüsteeme, mis kohanduvad reaalajas vastavalt sellele, kuidas seadmed paiknevad puhtsuse ruumis. See lähenemine vähendab surnud õhuprose ligikaudu 40% võrreldes vanema fikseeritud laminaarse õhuvooluga süsteemidega. Kasu on eriti selgelt näha EUV-litograafia protsesside ajal. Isegi väikesed, vaid mõni nanomeeter suured osakesed võivad segada delikaatsete ahela mustre loomist, mistõttu just need kohanduvad filtratsioonisüsteemid tagavad toote kvaliteedi säilimise.
Tänapäevased puhastootmistoad on varustatud nutikate rõhksüsteemidega, mis hoiavad erinevad tsoonid eraldatuna, samas säästes elektrikulusid. Hiljane raport Semiconductor Engineering'ust aastal 2023 tuvastas midagi huvitavat kaasaegsete HVAC-taristu uuenduste kohta. Neile õnnestus vähendada energiakasutust ligikaudu 28 protsenti, ilma et see mõjutaks nõutud ISO klassi 5 standardeid. Kuidas nad seda tegid? Muutuva kiirusega ventilaatorite paigaldamise ja soojustaastekindlate mehhanismide lisamisega kogu rajatise ulatuses. Tööstusharudele, kes tegelevad temperatuuritundlike toimingutega, nagu aatomkihitud depositsioon (ALD), annavad sellised efektiivsuse tõustud suurt panust toote kvaliteedi säilitamisse tootmisprotsessi jooksul.
Puhastest ruumidest saab traditsiooniliselt kulu umbes 30 kuni 50 protsenti kogu energiakasutusest tootmistehastes, mis seab tootjad raskesse olukorda, kus tuleb tasakaalustada ultrapuhaste keskkondade ja roheliste algatuste vahel. Nutikad ettevõtted lahendavad seda probleemi mitmel viisil. Mõned paigaldavad faasivahetuse materjale, mis aitavad hoida temperatuuri stabiilset ilma HVAC-süsteemide pideva töötamiseta. Teised on alustanud elektrostaatiliste sadestajatega, mida toidetakse taastuvatest allikatest, sekundaarse õhufiltratsiooni vajadustele. Paljud kasutavad nüüd kunstlikku intelligentsi ennustava hoolduse ülesannetes, vähendades raisatud filtrite arvu umbes kakskümmend kaks protsenti, nagu näitavad sektoriaruanded. Nende lähenemisviiside kombineerimine annab tulemuseks ligikaudu viis protsenti vähem süsinikuheite aastas, samal ajal kui osakeste arv jääb kontrolli alla, olles väga tundlikes tsoonides, kus saastumine pole lubatud, alla poole osakese kuupjalgu kohta.
Modulaarsed puhtkoja paneelid on nüüd varustatud sisseehitatud IoT-sensoritega, mis võimaldavad kiiresti reguleerida saastekontrolli alasid, kui seda vaja on – see muutub oluliseks, kui tööriistu uuendatakse igal kvartalil. Pooljuhtide valmistamise tehased hakkavad rakendama nii nimetatud "digitaalseid kaksikuid puhtkojas", et testida, kuidas uued seadmed sobituvad olemasolevatesse ruumidesse. See lähenemine lühendab valideerimisperioode märkimisväärselt – paljud rajatised teatavad, et aeg on vähenenud umbes 12 nädalt ligikaudu 18 päevani. Sellised paindlikud infrastruktuurilahendused aitavad tootjatel jääda ettepoole muutuvatele nõuetele, näiteks tulevasest ISO 14644-1 standardist 2025. aastaks, mis nõuab rangeid nanooosakeste jälgimist kontrollitud keskkondades. Nende muutusteks valmistumine ei puutu ainult dokumentatsiooni – see mõjutab tegelikult igapäevaseid toiminguid kogu tööstuses.
