EN
Կիսահաղորդիչների արտադրության գործարաններում խոնավության խիստ վերահսկումը ±1% հարաբերական խոնավության սահմաններում կարևոր է, քանի որ նույնիսկ փոքր տատանումները կարող են առաջացնել սիլիցիումի թեքում կամ խնդիրներ ստեղծել շատ զգայուն լիտոգրաֆիայի գործընթացի ընթացքում: Վերցրեք TSMC-ի Fab 18 սարքավորումը, որտեղ արտադրվում են այդ առաջատար 3նմ չիպերը: Նրանց ngեղումակետի վերահսկման համակարգերը աշխատում են լրիվ հզորությամբ՝ յուրաքանչյուր ժամը 4200 լիտր խոնավություն հեռացնելով՝ պահելով կայուն 45% հարաբերական խոնավություն: Սարքավորումներին հնարավոր վնաս հասցնող ստատիկ լիցքերի հետ մղելու համար ամբողջ սարքավորման ընթացքում օգտագործվում են իոնացված օդային վարագույրներ: Այս համակարգերը ստատիկ մակարդակը իջեցնում են 10 վոլտից ցածր, ինչը մեծ նշանակություն ունի այդ արտակարգ զգայուն 300մմ վաֆլների հետ աշխատելիս: Եվ մի մոռացեք բազմաստիճան քիմիական մաքրող համակարգերի մասին, որոնք վերացնում են լուսազգայուն ներկի գազային արտանետումները: Արտանետումները նվազեցնելով մեկ միլիարդրդից պակաս մասի սահմաններում՝ այս մաքրող համակարգերը օգնում են կանխել ծախսարդյունավետ եկամտի կորուստները արտակարգ ուլտրամանուշակագույն (EUV) լիտոգրաֆիայի գործողությունների ընթացքում:
Intel-ի նոր D1X սարքավորումը ներառում է մոտ 1,200 ULPA ֆիլտր, որոնք բռնում են 0.12 միկրոնից փոքր մասնիկներ՝ 99.9995% արդյունավետությամբ ISO 3 մաքուր սենյակների ամբողջ տարածքում: Նրանք իրականացրել են հատուկ թափանցող օդի շրջանառության կազմակերպում, որը ժամում 500-ից 750 անգամ է շրջվում: Փաստորեն, սա 5 անգամ ավելի արագ է, քան դեղագործական մաքուր սենյակներում սովորաբար հանդիպողը, և օգնում է վերացնել EUV սարքավորումներից առաջացող ամինային աղտոտումները: Կիսահաղորդչային արտադրության փորձագետների վերջերս հրապարակված ուսումնասիրությունների համաձայն՝ այս առաջադեմ ֆիլտրացման մոտեցումը մասնիկների պատճառով առաջացող սխալները 83% կրճատում է արդյունաբերության մեջ այսօր օգտագործվող ավելի հին համակարգերի համեմատ:
Առաջադեմ սարքավորումներում տեղադրված են 2,000-ից ավելի անլար սենսորներ՝ կարևորագույն պարամետրերը անընդհատ հետևելու համար.
| Պարամետր | Շեմ | Չափման հաճախադեպություն |
|---|---|---|
| Մասնիկներ ≥0.1μm | <0.5/սմ³ (ISO 3) | Ամեն 6 վայրկյանը մեկ |
| Վիբրացիա | <2 մկմ/վ² | Անընդհատ |
| Ճնշման տարբերություն | +15 Պա նվազագույնը | Ամեն 30 վայրկյանը մեկ |
Սա իրական ժամանակում տելեմետրիան թույլ է տալիս HVAC-ի կարգաբերումներ 0.8 վայրկյան ընթացքում շեղումներից հետո, աջակցելով 98.5%-ից բարձր ելքի դրույքներին 5նմ հանգույցի արտադրության մեջ: Ինքնաշխատ համակարգերը ավելի արագ են արձագանքում, քան ձեռքով միջամտությունը, պահպանելով կայունությունը մեծ ծավալով գործողությունների ընթացքում:
Կիսահաղորդիչների արտադրության համար օգտագործվող մաքուր սենյակները համապատասխանում են ISO 14644-1-ի խիստ ստանդարտներին՝ 4-ից 8 կլասի սահմաններում, ինչը նշանակում է, որ դրանք վերահսկում են օդում եղած մասնիկների քանակը՝ 352-ից մինչև 35,200 մասնիկ 0,5 միկրոն կամ ավելի մեծ չափով մեկ խորանարդ մետրում: Այս պահանջները կախված են արտադրական գործընթացի զգայունությունից: Համեմատելով դա դեղագործական հաստատություններում տեղի ունեցող հետևյալ կլասների հետ՝ ISO-ի 5-ից 8 կլասներ, այս սպեցիֆիկացիաները մոտ 100 անգամ ավելի բարձր են: Չնայած հին FS 209E ստանդարտը այլևս պաշտոնապես չի օգտագործվում, այն դեռևս ազդում է սարքավորումների նախագծման վրա, հատկապես իր հայտնի Class 100 վարկանիշի շուրջ, որը թույլատրում է ոչ ավելի, քան 100 մասնիկ մեկ խորանարդ ֆուտ օդային տարածության մեջ, ինչը համապատասխանում է ISO-ի 5 կլասի սպեցիֆիկացիաներին: Լավագույն արտադրողները պահում են իրենց ամենաբարձր որակի՝ ISO-ի 4-ից 5 կլասի գոտիները հատկապես լիթոգրաֆիայի և նստեցման աշխատանքների նման կրիտիկական գործընթացների համար: Ըստ SEMI-ի 2023 թվականի արդյունաբերական զեկույցների՝ մեկ փոքրիկ 0,3 միկրոն չափով մասնիկը կարող է կորցնել մոտ $740,000 արժեղ սիլիցիումե վաֆլ:
SEMI F51 ստանդարտը գերազանցում է ISO-ի սովորական կիրառման շրջանակները՝ օդում առկա մոլեկուլային աղտոտվածությունը (AMC) վերահսկելու հարցում: Այն իրականում սահմանափակում է օդում առկա օրգանական միացությունների քանակը մեկ միլիարդրդից պակաս մակարդակով, որը բավականին խիստ է: Մյուս կողմից՝ SEMI E89-ը պահանջում է մասնիկների անընդհատ իրական ժամանակում հսկում: Եթե նորմալ մակարդակից շեղումը գերազանցի 5%-ը, ալյուրային համակարգերը ավտոմատ կերպով ակտիվանում են: Այս ստանդարտների հատուկ կարևորությունը կիսահաղորդիչների համար այն է, որ դրանք լուծում են ֆոտոռեզիստի քայքայման և մետաղների կոռոզիայի նման հատուկ խնդիրներ, որոնք կենսատեխնոլոգիայում կամ դեղագործության նորմերում չեն հանդիպում: Կիսահաղորդչային արտադրողները պետք է ուշադիր հետևեն այս պահանջներին, քանի որ դրանց չհամապատասխանելը կարող է հետագայում հանգեցնել լուրջ արտադրական խնդիրների:
ISO 4 կլասի դասակարգված կիսահաղորդչային մաքուր սենյակները սովորաբար ամեն ժամ պետք է փոխանակեն 400-ից 600 օդային փոխանակում։ Սա մոտ 12 անգամ ավելին է, քան ինչը տեսնում ենք ստանդարտ դեղագործական միջավայրերում։ Այս տարածքները պետք է պահպանվեն 5 նմ-ից ցածր արտադրության համար, և համակարգերը հիմնված են ULPA ֆիլտրների վրա, որոնք վերցնում են 99.9995% մասնիկները՝ 0.12 միկրոն չափսով։ Երբ աշխատում ենք մոտ 10 ատոմ հաստությամբ դարպասի օքսիդների հետ, նույնիսկ փոքր աղտոտումները շատ կարևոր են։ Փոքր մտածեք. մարդու մեկ մազն ի վիճակի է ավելի քան 600 հազար միկրոսկոպիկ մասնիկներ արձակել ISO 5 կլասի տարածքում։ Սա ցույց է տալիս, թե ինչու է այսքան կարևոր պահպանել այս խիստ վերահսկողության ստանդարտները կիսահաղորդչային արտադրության ընթացքում:
Արդյունաբերական վերջերս իրականացված հարցումները ցույց են տալիս, որ առաջատար ֆաբրիկաների 93%-ն այժմ գործում է ISO Class 5 կամ ավելի մաքուր կարգավիճակում՝ հիմնված լինելով EUV լիթոգրաֆիայի և 3D NAND կույտավորման պահանջների վրա: Սա 2018 թվականից (FabTech 2023) համարվում է ավելի քան 40% աճ ուլտրամաքուր սենյակների կիրառման մեջ:
Լավագույն սարքավորված ֆաբրիկաները խոնավության մակարդակը պահում են միայն կես տոկոսի սահմաններում և կարող են վերահսկել ջերմաստիճանը մինչև 0,02 աստիճան Ցելսիուս՝ օգտագործելով իրենց բարդ միջավայրային վերահսկման համակարգերը: Ասիայի մեկ խոշոր ֆաբրիկա ներդրել է իոնացված օդային վարագույրներ, որոնք պահում են ստատիկ էլեկտրականությունը 50 վոլտի սահմաններում, ինչը օգնում է խուսափել փոքր սխալներից՝ աշխատելիս 3նմ չիպերի հետ: Քիմիական մաքրման մի քանի փուլերի հետ միասին այս մեթոդները ապահովում են, որ ֆոտոռեզիստներից արտանետվող ցանկացած թույլատրելի միացությունների քանակը մնա մեկ միլիարդերորդից էլ ցածր: Սա հատկապես կարևոր է եղանակային արտամիջոցային մակարդակի լիթոգրաֆիական գործընթացներում բարձր ելք պահպանելու համար:
ISO 14644 ստանդարտներին համապատասխանող ֆիլտրացման համակարգերը կարող են կատարել մոտ 600 օդի փոխարինում ժամում՝ ULPA ֆիլտրերով ապահովված լինելու դեպքում: Այս ֆիլտրերը բռնում են 99,999%-ը 0,12 միկրոնից մեծ մասնիկներից, ինչը իրականում մոտ 50 անգամ ավելի խիստ է, քան դեղագործական պայմաններում պահանջվողը: Դիտենք հետազոտական կենտրոն, որը շահագործում է հյուսիսամերիկյան խոշոր արտադրող: Նրանք իրականացրել են HEPA հատակամածի ցանցերի և անցքավոր հատակերի համադրում, որոնք ստեղծում են լամինար օդի հոսքի ձևանմուշներ: Այս կառուցվածքը պահում է մասնիկների քանակը խորանարդ ոտնի վրա 10-ից ցածր՝ 5 նանոմետրանոց բաղադրիչների արտադրման ընթացքում: Ավելի մեծ մաքրության համար մոլեկուլային կլանման բեկեր են օգտագործվում՝ օդում թթուների և դոպանտների հետքային քանակները մինչև միլիարդերորդ մասերի կոնցենտրացիաներով հեռացնելու համար:
Այս համակարգերում ինտեգրված սենսորային ցանցերը հսկում են 15-ից ավել գործոններ, ներառյալ 0,1 միկրոմետր չափսի մասնիկներն ու տարբեր թրթռման հաճախականությունները, և տվյալները թարմացվում են կես վայրկյանը մեկ։ Եթե պարամետրերը գերազանցում են ISO Class 5 ստանդարտները, ավտոմատ կառավարման համակարգերը միանում են՝ ճշգրիտ կեղանքով կարգավորելով օդի հոսքի արագությունը՝ մոտ 0,1 մ/վ-ով, ինչը գերազանցում է ցանկացած մարդու կողմից կատարված ձեռքով կարգավորումը։ Ամբողջ հետադարձ կապի համակարգն այնքան լավ է աշխատում, որ արտադրության ելքում աղտոտվածությունը կորուստ է ներկայացնում ընդամենը 0,01 տոկոսի չափով, նույնիսկ եթե ամսական մոտ 150 հազար վաֆլ է մշակվում այս համակարգով։
Երբ աշխատում ենք 3 նմ-ից փոքր կիսահաղորդչային հանգույցների հետ, ULPA ֆիլտրերը պետք է վերցնեն առնվազն 99,9995% մասնիկներից, որոնք 0,12 միկրոն կամ ավելի մեծ են: Այսօր շատ առաջատար սարքավորումներ սկսել են իրականացնել ինտելեկտուալ օդի շարժման կառավարման համակարգեր: Այդ համակարգերը կարգավորվում են անմիջապես՝ կախված սարքավորումների դասավորությունից մաքուր սենյակում: Այս մոտեցումը մոռացված օդային հատվածները կրճատում է մոտ 40%-ով՝ համեմատած հին ֆիքսված լամինար հոսքի կառույցների հետ: Առավելությունները հատկապես ակնհայտ են դառնում EUV լիտոգրաֆիայի գործընթացների ընթացքում: Նույնիսկ մի քանի նանոմետր չափսի փոքր մասնիկները կարող են խանգարել ստեղծվող նուրբ շղթային ձևանմուշներին, ուստի այս հարմարվողական ֆիլտրացման համակարգեր ունենալը մեծ տարբերություն է անում արտադրանքի որակը պահպանելու համար:
Այսօրվա մաքուր սենյակները հագեցած են ինտելեկտուալ ճնշման համակարգերով, որոնք պահում են տարբեր գոտիները առանձին, միևնույն ժամանակ խնայելով էլեկտրաէներգիայի ծախսերը: 2023 թվականին «Semiconductor Engineering»-ի վերջերս հրապարակված զեկույցում նշված էր ժամանակակից HVAC արդիականացման մասին մի հետաքրքիր փաստ: Նրանց հաջողվեց կրճատել էներգաօգտագործումը մոտ 28 տոկոսով՝ առանց խախտելու ISO Class 5 ստանդարտները: Ինչպե՞ս էին դա անում: Տեղադրելով փոփոխական արագությամբ օդափոխիչներ և կառուցելով ջերմության վերականգնման մեխանիզմներ ամբողջ համակարգում: Ատոմային շերտավոր նստեցման (ALD) պես ջերմասենսոր գործընթացներ կիրառող արդյունաբերությունների համար այս տեսակի արդյունավետության աճը մեծ նշանակություն ունի՝ արտադրության ընթացքում ապրանքի որակը պահպանելու համար:
Մաքրության սենյակները ավանդաբար ծախսում են արտադրամասերում օգտագործվող էներգիայի 30-ից 50 տոկոսը, ինչը արտադրողներին դնում է դժվար դիրքում՝ փորձելով հավասարակշռել ուլտրամաքուր միջավայրերը և շրջակա միջավայրի պահպանման նախաձեռնությունները: Այսօր խելացի ընկերությունները մի քանի եղանակներով են լուծում այս խնդիրը: Ոմանք տեղադրում են ֆազային փոփոխություն ունեցող նյութեր, որոնք օգնում են պահպանել կայուն ջերմաստիճան՝ անընդհատ աշխատող HVAC համակարգերի առանց: Ուրիշները երկրորդային օդի ֆիլտրացման կարիքների համար սկսել են օգտագործել վերականգնվող աղբյուրներով սնվող էլեկտրաստատիկ ստատիկ նստվածքներ: Եվ շատերը հիմա հիմնվում են արհեստական ինտելեկտի վրա՝ կանխատեսող սպասարկման գործերի համար, ինչը ըստ արդյունաբերական զեկույցների, ավարտված ֆիլտրերի ծախսը կրճատում է մոտ քսաներկու տոկոսով: Այս մոտեցումները միասին օգտագործելով՝ տարեկան ստացվում է մոտ հինգ տոկոսով պակաս ածխածնի արտանետում, միևնույն ժամանակ պահելով մասնիկների քանակը վերահսկողության տակ՝ այն սենսիտիվ գոտիներում, որտեղ աղտոտումը ընդհանրապես թույլատրելի չէ, այն մնում է խորանարդ ֆուտից կեսից պակաս:
Մոդուլային մաքուր սենյակների վահանակները հիմա սարքավորված են ներդրված IoT զանգվածներով, որոնք հնարավորություն են տալիս անմիջապես կարգաբերել աղտոտման վերահսկման գոտիները՝ անհրաժեշտության դեպքում, ինչը կարևոր է դառնում, երբ ամեն եռամսյակը թարմացվում են գործիքները: Կիսահաղորդչային ֆաբրիկաները սկսում են իրականացնել այն, ինչը կոչվում է «մաքուր սենյակի թվային երկվորյակներ», որպեսզի փորձարկեն, թե ինչպես կհարմարվեն նոր սարքավորումները արդեն գոյություն ունեցող տարածքներում: Այս մոտեցումը կտրուկ կրճատում է վավերացման ժամանակահատվածները՝ շատ կայաններ հաղորդում են, որ այն նվազել է մոտ 12 շաբաթից մինչև մոտ 18 օր: Նման ճկուն ենթակառուցվածքները օգնում են արտադրողներին մնալ առաջնորդ փոփոխական կանոնների նկատմամբ, ինչպիսին է 2025 թվականի համար սահմանված ISO 14644-1 ստանդարտը, որը պահանջում է խիստ հսկողություն կառավարվող միջավայրերում նանոմասնիկների նկատմամբ: Այս փոփոխությունների համար պատրաստվելը ոչ միայն թղթակից հարց է՝ այն իրականում ազդում է արդյունաբերության ընթացիկ գործողությունների վրա:
