EN
Puslaidininkių gamyklose būtina drėgmę tiksliai kontroliuoti ±1% santykinės drėgmės ribose, nes net nedideliai svyravimai gali sukelti silicio iškraipymą arba kilti problemų atliekant jautrų litografijos procesą. Paimkime TSMC Fab 18 įrenginį, kuriame gaminami tie pažangūs 3 nm čipai. Jų kondensacijos kontrolės sistemos dirba be perstojo, kas valandą pašalindamos nuostabius 4200 litrų drėgmės, kad palaikytų stabilumą 45 % santykinės drėgmės lygyje. Siekiant susidoroti su elektrostatiniais krūviais, kurie gali pažeisti įrangą, visoje patalpoje naudojami jonizuoto oro uždangai. Šios sistemos sumažina elektrostatinius lygius žemiau 10 voltų, kas yra labai svarbu tvarkant tuos itin jautrius 300 mm plokšteles. O taip pat negalima pamiršti daugiapakopės cheminės neutralizacijos sistemų, kurios kovoja su šviesą jautriais medžiagomis skleidžiamais išmetamaisiais. Sumažinus išmetamųjų teršalų kiekį iki mažiau nei 1 dalelė milijarde, šios neutralizacijos sistemos padeda išvengti brangių praradimų ekstremalios ultravioletinės (EUV) litografijos operacijų metu.
Naujame „Intel“ D1X įrenginyje yra apie 1 200 ULPA filtrų, kurie sugauna daleles, mažas kaip 0,12 mikrono, su įspūdingu 99,9995 % efektyvumo rodikliu visose ISO 3 švaros klasės patalpose. Jie įdiegė specialią kaskadinio oro srauto sistemą, kuri cirkuliuoja nuo 500 iki 750 kartų per valandą. Tai iš tiesų penkis kartus greičiau nei paprastai stebima farmacinių produktų gamybos švaros patalpose, kas padeda pašalinti erzinančius aminų teršalus, atsirandančius iš EUV įrangos. Pagal neseniai pateiktus puslaidininkių gamybos ekspertų tyrimus, šis pažangus filtravimo metodas sumažina dalelių sukeltus defektus apie 83 %, lyginant su senesnėmis sistemomis, kurios vis dar naudojamos pramonėje.
Pažangios puslaidininkių gamyklos diegia daugiau nei 2 000 belaidžių jutiklių, nuolat stebėti kritinius parametrus:
| Parametras | Slenksčio vertė | Matavimo dažnis |
|---|---|---|
| Dalelės ≥0,1 μm | <0,5/cm³ (ISO 3) | Kas 6 sekundes |
| Vibracija | <2 μm/s² | Nuolatinis |
| Slėgio skirtumas | +15 Pa mažiausiai | Kas 30 sekundžių |
Ši realaus laiko telemetrija leidžia per 0,8 sekundės sureguliuoti oro kondicionavimo sistemas po bet kokių nuokrypių, užtikrinant daugiau nei 98,5 % išeigą gaminant 5 nm mazgų produktus. Automatizuotos sistemos reaguoja greičiau nei žmogaus rankos kišimasis, užtikrindamos stabilumą didelės apimties gamyboje.
Valomosios patalpos, naudojamos puslaidininkių gamyboje, atitinka griežtus ISO 14644-1 standartus nuo 4 iki 8 klasės, kurie apibrėžia oro dalelių kontrolę – tarp maždaug 352 ir 35 200 dalelių, matuojamų 0,5 mikronų ar didesnių viename kubiniame metre. Šie reikalavimai labai priklauso nuo to, kiek jautrus yra gamybos procesas. Palyginti su farmacijos įmonėmis, dirbančiomis pagal ISO klases nuo 5 iki 8, šie reikalavimai yra maždaug 100 kartų griežtesni. Nors senasis FS 209E standartas jau nebeoficialus, jis vis dar lemia įrangos projektavimą, ypač pagal jo žinomą 100 klasės reitingą, leidžiantį ne daugiau kaip 100 tokių dalelių viename kubiniame pėdos ore, kas atitinka ISO 5 klasės specifikacijas. Aukščiausios kokybės gamintojai aukščiausios kokybės ISO 4–5 klasės zonas skiria ypatingai svarbiems procesams, tokiems kaip litografija ir garų nusodinimas. Tik viena mažytė 0,3 mikrono dydžio dalelė gali sugadinti silicio plokštelę, kurios vertė, pagal 2023 m. pranešimus iš SEMI, siekia beveik 740 000 JAV dolerių.
SEMI F51 standartas išeina už ISO aprėpties ribų, kai kalba eina apie oro molekulinės taršos (AMC) kontrolę. Jame iš tiesų nustatoma, kad lakiosios organinės medžiagos turi būti ribojamos mažiau nei viena dalis milijarde, kas yra gana griežta. Kita vertus, SEMI E89 reikalauja dalelių nuolatinio stebėjimo realiu laiku. Jei nuokrypis nuo normalių lygių viršija 5 %, automatiškai įsijungia įspėjamieji signalai. Šie standartai ypač svarbūs puslaidininkių gamybai dėl to, kaip jie sprendžia specifines problemas, tokias kaip fotopolimerio skilimas ir metalų korozija, kurių biotechnologijose ar farmacijos srityse nesimato. Puslaidininkių gamintojams būtina atidžiai laikytis šių reikalavimų, nes jų nevykdymas gali sukelti rimtus gamybos sutrikdymus ateityje.
Puslaidininkių švariosios patalpos, klasifikuojamos kaip ISO 4 klasės, paprastai reikalauja nuo 400 iki 600 oro apsikeitimų kas valandą. Tai maždaug 12 kartų daugiau nei standartinėse farmacijos aplinkose. Siekiant išlaikyti šias patalpas tinkamomis pažangiausios sub-5 nm gamybos technologijoms, įmonės remiasi ULPA filtrais, kurie sulaiko 99,9995 % dalelių iki 0,12 mikronų dydžio. Kai darbo metu naudojami vartų oksidai, kurių storis siekia tik apie 10 atomų, net mažiausios teršalų dalelės turi didelę reikšmę. Pagalvokite: vienas žmogaus plauko siūlelis gali ISO 5 klasės zonoje išskirti daugiau nei 600 tūkstančių mikroskopinių dalelių. Tai parodo, kodėl tokio griežto kontrolės lygio palaikymas yra absoliučiai būtinas puslaidininkių gamyboje.
Naujausių pramonės apklausų duomenimis, 93 % pažangiausių puslaidininkių gamyklos dabar veikia ISO 5 klasės ar švaresnėse patalpose, ką lemia EUV litografijos ir 3D NAND sluoksniavimo reikalavimai. Tai rodo 40 % padidėjimą ultrašvarių patalpų naudojime nuo 2018 m. (FabTech 2023).
Geriausios gamybos patalpos palaiko drėgmę tik per pusę procento santykinės drėgmės ribos ir gali kontroliuoti temperatūrą iki 0,02 laipsnio Celsijaus naudodamos sudėtingas aplinkos kontrolės sistemas. Viena didelė Azijos gamykla įdiegė jonizuotų oro užuolaidų sistemą, kuri palaiko elektrostatinį krūvį žemiau 50 voltų, taip išvengiant mažų defektų dirbant su 3 nm grandynais. Kai šios priemonės derinamos su keliomis cheminio valymo stadijomis, užtikrinama, kad iš fotopolimerų išsiskiriančios lakiosios jungtinės būtų gerokai žemiau vieno milijoninės dalies milijarde. Tai ypač svarbu išlaikant aukštą išeigą ekstremalios ultravioletinės spinduliuotės litografijos procesuose.
Filtravimo sistemos, atitinkančios ISO 14644 standartus, gali atlikti apie 600 oro keitimų per valandą, kai naudojami ULPA filtrai. Šie filtrai sulaiko nuostabius 99,999 % dalelių, didesnių nei 0,12 mikrono, kas iš tikrųjų yra apie 50 kartų griežčiau nei reikalaujama farmacijos srityje. Pažvelkite į šiaurės Amerikos gamintojo valdomą mokslinių tyrimų įstaigą. Jie įdiegė HEPA lubų tinklelius kartu su perforuotomis grindimis, kurios sukuria laminarinio srauto modelius. Tokia konfigūracija palaiko dalelių kiekį žemiau nei 10 vienetų kubiniame pėdos tūryje gaminant 5 nanometrų komponentus. Dar didesniam grynumui pasiekti naudojamos molekulinės adsorbcijos lovos, pašalinančios nežymius ore esančių rūgščių ir legiravimo priemaišų kiekius iki milijardųjų dalių koncentracijos.
Šiuose sistemose integruoti jutiklių tinklai stebi daugiau nei 15 skirtingų veiksnių, įskaitant mažus 0,1 mikrometro dalelių dydžius ir įvairias vibracijos dažnius, atnaujinimai vyksta kas pusę sekundės. Jei parametrai išeina už ISO 5 klasės standartų ribų, automatinis valdymas įsijungia ir tiksliai reguliuoja oro srauto greitį apie 0,1 metro per sekundę, kas neginčijamai pranašesnis už bet kokį rankinį reguliavimą. Visa grįžtamojo ryšio grandinė veikia tokį efektyviai, kad tarša sukelia tik apie 0,01 procentų gamybos pajėgumų nuostolį, nors šia sistema kas mėnesį apdorojama apie 150 tūkstančių plokštelių.
Dirbant su puslaidininkų mazgais, mažesniais nei 3 nm, ULPA filtrai turi sulaikyti bent 99,9995 % dalelių, kurių dydis yra 0,12 mikrono ar didesnis. Šiuo metu daugelis įtakingiausių gamyklų pradėjo diegti protingas oro srauto valdymo sistemas. Šios sistemos dinamiškai prisitaiko priklausomai nuo to, kaip įranga išdėstyta valymo patalpoje. Toks požiūris sumažina nejudančio oro zonas apie 40 %, lyginant su senesnėmis fiksuotomis laminarinėmis srautų sistemomis. Privalumai tampa akivaizdūs atliekant EUV litografijos procesus. Net labai mažos, vos kelių nanometrų dydžio dalelės gali sugadinti sudėtingus kuriamus grandynų raštus, todėl šios adaptuojamos filtravimo sistemos lemia esminį skirtumą produktų kokybės palaikyme.
Šiandienos valymo patalpos aprūpintos intelektualiomis slėgio sistemomis, kurios palaiko skirtingas zonas atskirtas, tuo pačiu sutaupydamos elektros energijos sąnaudas. Prieš dvejus metus, 2023 m., „Semiconductor Engineering“ paskelbė pranešimą apie modernius pastatų vėdinimo, šildymo ir oro kondicionavimo (HVAC) sistemų patobulinimus. Paaiškėjo, kad pavyko sumažinti energijos suvartojimą maždaug 28 procentų, nesutrikdant reikiamų ISO 5 klasės standartų. Kaip tai buvo padaryta? Įdiegus kintamo greičio ventiliatorius bei pastato mastu sumontavus šilumos atgavimo mechanizmus. Pramonės šakoms, kurios susiduria su temperatūrai jautriais procesais, tokiais kaip atominių sluoksnių depositacija (ALD), tokie efektyvumo padidėjimai lemia esminį skirtumą gaminant produktų kokybę.
Valymo patalpos tradiciškai suvartoja apie 30–50 procentų visos gamybos įrengimuose naudojamos energijos, dėl ko gamintojai atsiduria sudėtingoje padėtyje, bandydami subalansuoti ultrašvarias aplinkas su žaliąja iniciatyva. Šiuolaikinės įmonės šią problemą šiuo metu sprendžia keliais būdais. Kai kurios įrengia fazės pokyčio medžiagas, kurios padeda išlaikyti stabilią temperatūrą be nuolatinio šaldymo bei vėdinimo sistemų veikimo. Kita dalis pradėjo naudoti elektrostatinius filtrus, maitinamus atsinaujinančios energijos šaltiniais, antrinei oro filtracijai. O daugelis dabar remiasi dirbtiniu intelektu prognozuodamos techninės priežiūros užduotis, mažindamos apie dvidešimt du procentus švaistomų filtrų, pagal pramonės ataskaitas. Šių metodų taikymas kartu leidžia kasmet sumažinti anglies emisijas apie penkiais procentais, tuo pačiu dalyje ypač jautrių zonų, kur teršalai nepriimtini, dulkėtumo lygį palaikant žemiau nei pusę dalelės kubiniame pėdos tūryje.
Modulinės valymo kameros plokštės dabar aprūpintos integruotais IoT jutikliais, kurie leidžia greitai reguliuoti užteršimo kontrolės zonas kiekvieną kartą, kai to reikia – tai tampa būtina, kai įrenginiai atnaujinami kas ketvirtį. Puslaidininkių gamyklos pradeda diegti tai, kas vadinama „valymo kameros skaitmeniniais dvyniais“, kad išbandytų, kaip nauji įrenginiai tilps esamose erdvėse. Šis požiūris radikaliai sutrumpina patvirtinimo laikotarpius – daugelis įrenginių praneša, kad laikas sumažėjo nuo apie 12 savaičių iki maždaug 18 dienų. Tokios lankstios infrastruktūros konfigūracijos padeda gamintojams išlikti pažangioje vietoje, atsižvelgiant į besikeičiančias taisykles, tokias kaip artėjantis ISO 14644-1 standartas, kuris bus taikomas nuo 2025 m. ir reikalauja griežtos dalelių nanometriniais matmenimis stebėsenos kontroliuojamoje aplinkoje. Pasiruošimas šiems pokyčiams nėra tik popierizmas – tai iš tiesų veikia kasdienes operacijas visoje pramonės šakoje.
