EN
अर्धचालक निर्माण संयंत्रों में ±1% RH के आसपास आर्द्रता को कसकर नियंत्रित रखना महत्वपूर्ण है, क्योंकि थोड़ी सी भी उतार-चढ़ाव सिलिकॉन के मुड़ने या सूक्ष्म लिथोग्राफी प्रक्रिया के दौरान समस्याएं पैदा कर सकती है। TSMC की फैब 18 सुविधा को लीजिए जहाँ वे उन अत्याधुनिक 3nm चिप्स का निर्माण करते हैं। चीजों को 45% सापेक्ष आर्द्रता पर स्थिर रखने के लिए उनकी संघनन नियंत्रण प्रणाली हर घंटे में शानदार 4,200 लीटर नमी निकालकर लगातार काम करती है। उपकरणों को नुकसान पहुँचा सकने वाले स्थैतिक आवेशों से निपटने के लिए सुविधा भर में आयनित वायु के पर्दे का उपयोग किया जाता है। ये प्रणाली स्थैतिक स्तर को 10 वोल्ट से कम तक लाती हैं, जो उन अत्यधिक संवेदनशील 300mm वेफर्स को संभालते समय बहुत फर्क डालती है। और बहु-स्तरीय रासायनिक स्क्रबर्स के बारे में मत भूलें जो फोटोरेजिस्ट आउट-गैसिंग से निपटते हैं। उत्सर्जन को कम से कम 1 प्रति बिलियन भाग तक कम करके ये स्क्रबर्स चरम पराबैंगनी (EUV) लिथोग्राफी संचालन के दौरान महंगे उपज के नुकसान को रोकने में मदद करते हैं।
इंटेल की नई D1X सुविधा में लगभग 1,200 ULPA फ़िल्टर हैं जो ISO 3 क्लीनरूम क्षेत्रों में 0.12 माइक्रॉन तक के कणों को 99.9995% की उत्कृष्ट दक्षता के साथ पकड़ते हैं। उन्होंने 500 से 750 बार प्रति घंटे के बीच चक्रण करने वाली एक विशेष प्रवाह व्यवस्था लागू की है। यह वास्तव में उससे पांच गुना तेज़ है जो हम आमतौर पर फार्मास्यूटिकल क्लीनरूम में देखते हैं, जो EUV उपकरणों से निकलने वाले परेशान करने वाले एमीन दूषकों को दूर करने में मदद करता है। अर्धचालक निर्माण विशेषज्ञों के हालिया अध्ययनों के अनुसार, इस उन्नत फ़िल्ट्रेशन दृष्टिकोण से उद्योग में आज भी उपयोग में आ रही पुरानी प्रणालियों की तुलना में कण-संबंधित दोषों में लगभग 83% की कमी आती है।
उन्नत फैब्स 2,000 से अधिक वायरलेस सेंसर तैनात करते हैं जो महत्वपूर्ण मापदंडों की निरंतर निगरानी करते हैं:
| पैरामीटर | Threshold | मापन आवृत्ति |
|---|---|---|
| कण ≥0.1μm | <0.5/सेमी³ (ISO 3) | प्रत्येक 6 सेकंड में |
| कंपन | <2 माइक्रोन/सेकंड² | निरंतर |
| दबाव अंतर | +15 पा न्यूनतम | प्रत्येक 30 सेकंड में |
यह वास्तविक समय टेलीमेट्री 0.8 सेकंड के भीतर एचवीएसी में बदलाव करने में सक्षम बनाती है, जो 5nm नोड उत्पादन में 98.5% से अधिक उपज दर का समर्थन करती है। स्वचालित प्रणाली मानव हस्तक्षेप की तुलना में तेजी से प्रतिक्रिया देती है, उच्च मात्रा वाले संचालन में स्थिरता बनाए रखती है।
अर्धचालक निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले स्वच्छ कक्ष ISO 14644-1 के कड़े मानकों, जो कक्ष 4 से 8 तक के होते हैं, का पालन करते हैं, जिसका अर्थ है कि वे प्रति घन मीटर वायु में 0.5 माइक्रॉन या उससे बड़े लगभग 352 से 35,200 कणों को नियंत्रित करते हैं। ये आवश्यकताएँ उत्पादन प्रक्रिया की संवेदनशीलता पर भारी निर्भर करती हैं। फार्मास्यूटिकल सुविधाओं में ISO कक्ष 5 से 8 के स्तर पर काम करने की तुलना में, ये विनिर्देश लगभग 100 गुना अधिक कठोर होते हैं। यद्यपि यह अब औपचारिक रूप से उपयोग में नहीं है, पुराना FS 209E मानक अभी भी उपकरणों के डिज़ाइन को प्रभावित करता है, खासकर इसके प्रसिद्ध कक्ष 100 मूल्यांकन के संदर्भ में, जिसमें वायु के प्रति घन फुट में ऐसे कणों की संख्या 100 से अधिक नहीं होने दी जाती थी, जो ISO कक्ष 5 विनिर्देशों के अनुरूप है। शीर्ष स्तर के निर्माता लिथोग्राफी और निक्षेपण कार्य जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के लिए विशेष रूप से उच्च गुणवत्ता वाले ISO कक्ष 4 से 5 के क्षेत्र आरक्षित रखते हैं। SEMI द्वारा 2023 में जारी उद्योग रिपोर्टों के अनुसार, सिर्फ 0.3 माइक्रॉन आकार का एक छोटा सा कण भी 740,000 डॉलर के लगभग मूल्य की एक सिलिकॉन वेफर को नष्ट कर सकता है।
एयरबोर्न आण्विक संदूषण (AMC) को नियंत्रित करने के मामले में SEMI F51 मानक ISO द्वारा आमतौर पर कवर किए जाने वाले कार्य से आगे बढ़ जाता है। यह वास्तव में वाष्पशील जैविक यौगिकों को एक अरबवें भाग से नीचे सीमित कर देता है, जो काफी कठोर है। एक अन्य मोर्चे पर, SEMI E89 वास्तविक समय में कणों की निरंतर निगरानी की आवश्यकता निर्धारित करता है। यदि सामान्य स्तर से 5% से अधिक का विचलन होता है, तो अलार्म प्रणाली स्वचालित रूप से सक्रिय हो जाती है। इन मानकों को सेमीकंडक्टर के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण बनाने वाली बात यह है कि वे फोटोरेजिस्ट टूटने और धातु संक्षारण जैसी विशिष्ट समस्याओं को संबोधित करते हैं, जो जैव प्रौद्योगिकी या फार्मास्यूटिकल विनियमों में दिखाई नहीं देती हैं। सेमीकंडक्टर निर्माताओं को इन आवश्यकताओं पर गहन ध्यान देने की आवश्यकता है क्योंकि इनकी अनदेखी करने से भविष्य में गंभीर उत्पादन बाधाएं उत्पन्न हो सकती हैं।
आईएसओ क्लास 4 के रूप में वर्गीकृत सेमीकंडक्टर क्लीनरूम्स को आमतौर पर प्रति घंटे 400 से 600 हवा के आदान-प्रदान की आवश्यकता होती है। यह मानक फार्मास्यूटिकल वातावरण में देखी जाने वाली मात्रा की लगभग 12 गुना है। इन स्थानों को 5 एनएम से छोटे उन्नत निर्माण के लिए उपयुक्त बनाए रखने के लिए, सुविधाओं ULPA फ़िल्टर पर निर्भर करती हैं जो 0.12 माइक्रोन तक के 99.9995% कणों को पकड़ते हैं। जब केवल लगभग 10 परमाणु मोटाई के गेट ऑक्साइड के साथ काम किया जा रहा हो, तो छोटे से छोटे संदूषक का भी बहुत महत्व होता है। बस इतना सोचिए: मानव बाल की एक पतली परत ISO क्लास 5 क्षेत्र में 6 लाख से अधिक सूक्ष्म कण छोड़ सकती है। यह दर्शाता है कि सेमीकंडक्टर निर्माण में इतने सख्त नियंत्रण मानकों को बनाए रखना पूर्णतः आवश्यक क्यों है।
हाल के उद्योग सर्वेक्षणों से पता चलता है कि अब 93% उन्नत फैब्स ISO कक्षा 5 या उससे भी स्वच्छ स्तर पर काम कर रहे हैं, जिसका कारण EUV लिथोग्राफी और 3D NAND स्टैकिंग की मांग है। इसमें वर्ष 2018 के बाद से अत्यधिक स्वच्छ कक्षों के उपयोग में 40% की वृद्धि हुई है (फैबटेक 2023)।
सर्वश्रेष्ठ निर्माण सुविधाएं अपनी परिष्कृत पर्यावरण नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग करके आर्द्रता के स्तर को केवल आधे प्रतिशत RH के भीतर और तापमान को 0.02 डिग्री सेल्सियस तक नियंत्रित करती हैं। एशिया में एक प्रमुख फाउंड्री ने आयनित वायु पर्दे लागू किए हैं जो स्थैतिक बिजली को 50 वोल्ट से कम रखते हैं, जिससे 3nm चिप्स पर काम करते समय छोटी-छोटी दोषों से बचा जा सकता है। रासायनिक स्क्रबिंग के कई चरणों के साथ संयोजन में, ये तरीके यह सुनिश्चित करते हैं कि फोटोरेजिस्ट से निकलने वाले कोई भी वाष्पशील यौगिक एक अरबवें भाग से भी कम स्तर पर बने रहें। यह अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी प्रक्रियाओं में अच्छे उपज दर बनाए रखने के लिए वास्तव में महत्वपूर्ण है।
फ़िल्ट्रेशन प्रणाली जो ISO 14644 मानकों को पूरा करती है, ULPA फ़िल्टर से लैस होने पर प्रति घंटे लगभग 600 बार वायु परिवर्तन का सामना कर सकती है। ये फ़िल्टर 0.12 माइक्रॉन से बड़े कणों के 99.999% को पकड़ लेते हैं, जो वास्तव में फार्मास्यूटिकल सेटिंग्स में आवश्यकता से लगभग 50 गुना अधिक कठोर है। उत्तरी अमेरिका के एक प्रमुख निर्माता द्वारा संचालित एक अनुसंधान सुविधा पर विचार करें। उन्होंने लैमिनर एयरफ़्लो पैटर्न बनाने वाले पंक्चरेटेड फ़्लोर के साथ HEPA सीलिंग ग्रिड के संयोजन को लागू किया है। यह व्यवस्था 5 नैनोमीटर घटकों के उत्पादन के दौरान प्रति घन फुट कणों की संख्या को 10 से कम रखती है। अधिक शुद्धता के लिए, वायुमंडलीय अम्लों और डोपेंट्स की नाभिकीय मात्रा को प्रति बिलियन भागों तक हटाने के लिए आणविक अधिशोषण बिस्तरों का उपयोग किया जाता है।
इन प्रणालियों में एकीकृत सेंसर नेटवर्क 0.1 माइक्रोमीटर के सूक्ष्म कणों और विभिन्न कंपन आवृत्तियों सहित 15 से अधिक विभिन्न कारकों पर नज़र रखते हैं, जिसमें हर आधे सेकंड में अद्यतन होता है। यदि बातें ISO क्लास 5 मानकों से आगे निकल जाती हैं, तो स्वचालित नियंत्रण हवा के प्रवाह की गति को लगभग 0.1 मीटर प्रति सेकंड के आसपास काफी सटीकता से समायोजित कर देते हैं, जो किसी व्यक्ति द्वारा हाथ से किए गए कार्य को पूरी तरह पछाड़ देता है। पूरा प्रतिपुष्टि लूप इतना अच्छा काम करता है कि इस सेटअप के माध्यम से प्रति माह लगभग 1.5 लाख वेफर्स के निपटान के बावजूद दूषण केवल उत्पादन उपज में लगभग 0.01 प्रतिशत की हानि का कारण बनता है।
3nm से कम सेमीकंडक्टर नोड्स के साथ काम करते समय, ULPA फिल्टर को 0.12 माइक्रॉन या उससे बड़े कणों के कम से कम 99.9995% को पकड़ने की आवश्यकता होती है। आजकल कई शीर्ष निर्माण संयंत्र स्मार्ट वायु प्रवाह प्रबंधन प्रणालियों को लागू करना शुरू कर चुके हैं। ये प्रणालियाँ क्लीनरूम में उपकरणों की व्यवस्था के आधार पर वास्तविक समय में समायोजित होती हैं। इस दृष्टिकोण से पुरानी निश्चित लैमिनर प्रवाह व्यवस्था की तुलना में लगभग 40% तक वायु के बेकार क्षेत्र (dead air pockets) कम हो जाते हैं। EUV लिथोग्राफी प्रक्रियाओं के दौरान इसके लाभ विशेष रूप से स्पष्ट होते हैं। केवल कुछ नैनोमीटर माप के छोटे कण भी बनाई जा रही नाजुक सर्किट पैटर्न में गड़बड़ कर सकते हैं, इसलिए उत्पाद की गुणवत्ता बनाए रखने में इन अनुकूलनीय फ़िल्टर प्रणालियों का बहुत अंतर होता है।
आज के स्वच्छ कक्षों में बुद्धिमान दबाव प्रणाली होती है जो विभिन्न क्षेत्रों को अलग रखती है, लेकिन फिर भी बिजली की लागत पर बचत करती है। सेमीकंडक्टर इंजीनियरिंग की ओर से वर्ष 2023 में प्रकाशित एक हालिया रिपोर्ट ने आधुनिक एचवीएसी अपग्रेड के बारे में एक दिलचस्प बात पाई। उन्होंने आवश्यक ISO क्लास 5 मानकों को प्रभावित किए बिना ऊर्जा के उपयोग में लगभग 28 प्रतिशत की कमी कर दी। ऐसा उन्होंने कैसे किया? सुविधा में चर गति वाले प्रशंसक लगाकर और ऊष्मा पुनर्प्राप्ति तंत्र जोड़कर। परमाणु परत निक्षेपण (ALD) जैसे तापमान-संवेदनशील संचालन से निपटने वाले उद्योगों के लिए, निर्माण के दौरान उत्पाद की गुणवत्ता बनाए रखने में इस तरह के दक्षता लाभ काफी अंतर लाते हैं।
सामान्यतः साफ कक्षों में निर्माण संयंत्रों में उपयोग की जाने वाली कुल ऊर्जा का लगभग 30 से 50 प्रतिशत खर्च होता है, जिससे निर्माताओं के लिए अत्यधिक स्वच्छ वातावरण और हरित पहल के बीच संतुलन बनाना मुश्किल हो जाता है। आजकल स्मार्ट कंपनियाँ इस समस्या को कई तरीकों से सुलझा रही हैं। कुछ चरण परिवर्तन सामग्री स्थापित करते हैं जो एचवीएसी प्रणालियों को लगातार चलाए बिना तापमान को स्थिर रखने में सहायता करती हैं। दूसरों ने माध्यमिक वायु फ़िल्टरन की आवश्यकता के लिए नवीकरणीय स्रोतों से संचालित इलेक्ट्रोस्टैटिक अवक्षेपकों का उपयोग शुरू कर दिया है। और अब बहुत से लोग अनुमानित रखरखाव कार्यों के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता पर निर्भर हैं, जिससे उद्योग की रिपोर्टों के अनुसार लगभग बाईस प्रतिशत तक फ़िल्टरों की बर्बादी कम हो गई है। इन दृष्टिकोणों को एक साथ लागू करने से प्रति वर्ष लगभग पाँच प्रतिशत कम कार्बन उत्सर्जन होता है, इस बीच उन अत्यंत संवेदनशील क्षेत्रों में कणों की संख्या को एक घन फुट से भी कम आधे कण के भीतर नियंत्रित रखा जाता है, जहाँ संदूषण बिल्कुल भी स्वीकार्य नहीं है।
अब मॉड्यूलर क्लीन रूम पैनलों में बिल्ट-इन आईओटी सेंसर लगे होते हैं, जिससे आवश्यकता पड़ने पर संदूषण नियंत्रण क्षेत्रों को त्वरित रूप से समायोजित करना संभव हो जाता है—यह बात तब अत्यंत महत्वपूर्ण हो जाती है जब प्रत्येक तिमाही में उपकरण अद्यतन होते हैं। सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन संयंत्र नए उपकरणों के मौजूदा स्थानों में फिट बैठने की जांच के लिए अब "क्लीनरूम डिजिटल ट्विन" को लागू करना शुरू कर रहे हैं। इस दृष्टिकोण से वैधीकरण अवधि में भारी कमी आती है—कई सुविधाओं के अनुसार समय लगभग 12 सप्ताह से घटकर लगभग 18 दिन रह जाता है। ऐसी लचीली बुनियादी संरचनाएं निर्माताओं को आगामी ISO 14644-1 मानक जैसे विकसित हो रहे नियमों से आगे रहने में सहायता करती हैं, जो नियंत्रित वातावरण में नैनोकणों की सख्त निगरानी की आवश्यकता रखता है। इन परिवर्तनों के लिए तैयारी करना केवल कागजी कार्रवाई तक सीमित नहीं है—यह उद्योग भर में दैनिक संचालन को वास्तव में प्रभावित करता है।
