EN
Mengekalkan kawalan ketat kelembapan sekitar ±1% RH adalah kritikal di loji pembuatan semikonduktor kerana walaupun turun naik kecil boleh menyebabkan lenturan silikon atau menimbulkan masalah semasa proses litografi yang sensitif. Ambil contoh kemudahan Fab 18 TSMC di mana mereka menghasilkan cip 3nm yang terkini. Sistem kawalan kondensasi mereka beroperasi secara intensif, mengeluarkan sehingga 4,200 liter wap air setiap jam hanya untuk mengekalkan kestabilan pada 45% kelembapan relatif. Untuk mengatasi cas elektrostatik yang boleh merosakkan peralatan, tirai udara bion sesuai digunakan di seluruh kemudahan. Sistem ini mengurangkan paras statik kepada kurang daripada 10 volt, iaitu perbezaan besar apabila mengendalikan wafer 300mm yang sangat sensitif. Dan jangan lupa tentang penapis kimia pelbagai peringkat yang menangani pelepasan gas fotoresist. Dengan mengurangkan pelepasan kepada kurang daripada 1 bahagian sebilion, penapis ini membantu mencegah kehilangan hasil yang mahal semasa operasi litografi ultraviolet melampau (EUV).
Kemudahan D1X yang baharu di Intel dilengkapi dengan kira-kira 1,200 penapis ULPA yang menangkap zarah sekecil 0.12 mikron dengan kadar kecekapan mengesankan sebanyak 99.9995% di seluruh kawasan bilik bersih ISO 3. Mereka telah melaksanakan susunan aliran udara berperingkat khas yang mengitar antara 500 hingga 750 kali setiap jam. Ini sebenarnya lima kali lebih cepat daripada yang biasanya dilihat dalam bilik bersih farmaseutikal, yang membantu menghapuskan kontaminan amina yang degil dari peralatan EUV. Menurut kajian terkini oleh pakar pembuatan semikonduktor, pendekatan penapisan maju ini mengurangkan kecacatan berkaitan zarah sebanyak kira-kira 83% berbanding sistem lama yang masih digunakan dalam industri hari ini.
Fabrikasi maju menggunakan lebih daripada 2,000 sensor tanpa wayar untuk terus memantau parameter kritikal:
| Parameter | Ambang | Frekuensi pengukuran |
|---|---|---|
| Zarah ≥0.1μm | <0.5/cm³ (ISO 3) | Setiap 6 saat |
| Getaran | <2 μm/s² | Berterusan |
| Perbezaan tekanan | +15 Pa minimum | Setiap 30 saat |
Telemetri masa nyata ini membolehkan pelarasan HVAC dalam tempoh 0.8 saat daripada penyimpangan, menyokong kadar hasil melebihi 98.5% dalam pengeluaran nod 5nm. Sistem automatik bertindak balas lebih cepat daripada campur tangan manual, mengekalkan kestabilan merentasi operasi berkelantjutan tinggi.
Bilik bersih yang digunakan untuk pembuatan semikonduktor mengikut piawaian ketat ISO 14644-1 dari Kelas 4 hingga 8, yang bermaksud mengawal zarah udara antara kira-kira 352 hingga 35,200 zarah berukuran 0.5 mikron atau lebih besar per meter padu. Keperluan ini sangat bergantung kepada sensitiviti proses pengeluaran. Berbanding dengan kemudahan farmaseutikal yang beroperasi pada Kelas ISO 5 hingga 8, spesifikasi ini kira-kira 100 kali lebih ketat. Walaupun tidak lagi digunakan secara rasmi, piawaian lama FS 209E masih mempengaruhi rekabentuk peralatan, terutamanya berkaitan penarafan Class 100 yang terkenal, yang membenarkan tidak lebih daripada 100 zarah sedemikian per kaki padu ruang udara, sepadan dengan spesifikasi ISO Kelas 5. Pengilang tahap atas menyimpan kawasan ISO Kelas 4 hingga 5 berkualiti tertinggi khusus untuk proses kritikal seperti kerja litografi dan pemendapan. Hanya satu zarah kecil sebesar 0.3 mikron yang terapung boleh merosakkan wafer silikon bernilai hampir $740,000 menurut laporan industri terkini dari SEMI pada tahun 2023.
Standard SEMI F51 melangkaui kawalan pencemaran molekul udara (AMC) yang biasanya diliputi oleh ISO. Ia sebenarnya menghadkan sebatian organik mudah meruap kepada kurang daripada satu bahagian per bilion, iaitu cukup ketat. Di aspek lain, SEMI E89 menghendaki pemantauan berterusan zarah secara masa nyata. Jika berlaku penyimpangan daripada aras normal melebihi 5%, sistem amaran akan diaktifkan secara automatik. Apa yang menjadikan standard ini terutamanya penting bagi semikonduktor ialah cara ia menangani isu khusus seperti kerosakan fotoresist dan masalah kakisan logam yang tidak wujud dalam peraturan bioteknologi atau farmaseutikal. Pengilang semikonduktor perlu memberi perhatian serius terhadap keperluan ini kerana kegagalan mematuhinya boleh menyebabkan kemalangan pengeluaran yang serius pada masa hadapan.
Bilik bersih semikonduktor yang dikelaskan sebagai Kelas ISO 4 biasanya memerlukan antara 400 hingga 600 pertukaran udara setiap jam. Jumlah ini kira-kira 12 kali ganda berbanding persekitaran farmaseutikal piawai. Untuk mengekalkan persekitaran yang sesuai bagi pembuatan canggih di bawah 5nm, kemudahan ini bergantung kepada penapis ULPA yang mampu menapis 99.9995% zarah sehingga saiz 0.12 mikron. Apabila bekerja dengan oksida pintu yang hanya sekitar ketebalan 10 atom, walaupun kontaminan kecil sangat penting. Bayangkan: satu helai rambut manusia boleh melepaskan lebih 600 ribu zarah mikroskopik ke dalam kawasan Kelas ISO 5. Ini menunjukkan mengapa pematuhan terhadap piawaian kawalan yang begitu ketat adalah sangat kritikal dalam pembuatan semikonduktor.
Kajian industri terkini menunjukkan bahawa 93% fabrikasi mutakhir kini beroperasi pada Kelas ISO 5 atau lebih bersih, didorong oleh keperluan litografi EUV dan penindanan 3D NAND. Ini mewakili peningkatan 40% dalam penggunaan bilik ultra-bersih sejak tahun 2018 (FabTech 2023).
Fasiliti fabrikasi terbaik mengekalkan tahap kelembapan dalam lingkungan hanya setengah peratus RH dan boleh mengawal suhu sehingga 0.02 darjah Celsius menggunakan sistem kawalan persekitaran mereka yang canggih. Sebuah syarikat penyelubungan utama di Asia telah melaksanakan tirai udara bercas ion yang mengekalkan elektrik statik di bawah 50 volt, yang membantu mengelakkan kerosakan halus semasa bekerja pada cip 3nm. Apabila digabungkan dengan beberapa peringkat pembersihan kimia, kaedah ini memastikan sebarang sebatian mudah meruap yang dibebaskan daripada bahan foto tetap jauh di bawah satu bahagian per bilion. Ini sangat penting untuk mengekalkan hasil yang baik dalam proses litografi ultraviolet ekstrem.
Sistem penapisan yang memenuhi piawaian ISO 14644 mampu mengendalikan kira-kira 600 pertukaran udara setiap jam apabila dilengkapi dengan penapis ULPA. Penapis ini menapis sehingga 99.999% zarah yang lebih besar daripada 0.12 mikron, iaitu kira-kira 50 kali lebih ketat berbanding keperluan dalam persekitaran farmaseutikal. Ambil contoh sebuah kemudahan penyelidikan yang dikendalikan oleh seorang pengilang utama di Amerika Utara. Mereka telah melaksanakan gabungan grid siling HEPA bersama lantai berlubang yang mencipta corak aliran udara laminar. Susunan ini mengekalkan bilangan zarah di bawah 10 setiap kaki padu semasa pengeluaran komponen 5 nanometer. Untuk ketulen yang lebih tinggi, katil penjerapan molekul digunakan bagi mengeluarkan jejak asid udara dan dopan hingga ke kepekatan per bilion bahagian.
Rangkaian sensor yang diintegrasikan ke dalam sistem ini memantau lebih daripada 15 faktor berbeza termasuk zarah halus bersaiz 0.1 mikrometer dan pelbagai frekuensi getaran, dengan kemas kini berlaku setiap setengah saat. Jika keadaan melebihi piawaian ISO Kelas 5, kawalan automatik akan diaktifkan untuk melaras kelajuan aliran udara secara tepat sekitar 0.1 meter per saat, sesuatu yang jauh lebih baik daripada apa yang boleh dicapai secara manual oleh manusia. Seluruh gelung suap balik ini berfungsi begitu rapi sehingga pencemaran hanya menyebabkan kehilangan hasil pengeluaran sebanyak kira-kira 0.01 peratus walaupun mereka mengendalikan kira-kira 150 ribu wafer setiap bulan melalui susunan ini.
Apabila bekerja dengan nod semikonduktor di bawah 3nm, penapis ULPA perlu menangkap sekurang-kurangnya 99.9995% zarah yang berukuran 0.12 mikron atau lebih besar. Kebanyakan loji pembuatan terkemuka kini mula melaksanakan sistem pengurusan aliran udara pintar. Sistem-sistem ini melakukan penyesuaian secara dinamik mengikut susunan peralatan di seluruh bilik bersih. Pendekatan ini mengurangkan kantung udara mati sebanyak kira-kira 40% berbanding susunan aliran laminar tetap yang lama. Manfaatnya menjadi sangat ketara semasa proses litografi EUV. Malah zarah halus yang hanya berukuran beberapa nanometer boleh mengganggu corak litar halus yang sedang dicipta, maka kehadiran sistem penapisan adaptif ini memberi perbezaan besar dalam mengekalkan kualiti produk.
Bilik bersih hari ini dilengkapi dengan sistem tekanan pintar yang mengekalkan pemisahan antara kawasan berbeza sambil masih menjimatkan kos tenaga. Laporan terkini dari Semiconductor Engineering pada tahun 2023 mendapati sesuatu yang menarik mengenai peningkatan HVAC moden. Mereka berjaya mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak kira-kira 28 peratus tanpa mengganggu piawaian ISO Kelas 5 yang diperlukan. Bagaimanakah mereka melakukannya? Dengan memasang kipas berkelajuan boleh ubah dan menambah mekanisme pemulihan haba di seluruh kemudahan. Bagi industri yang mengendalikan operasi sensitif terhadap suhu seperti pernyahsabaran lapisan atom (ALD), peningkatan kecekapan sebegini membuat perbezaan besar dalam mengekalkan kualiti produk semasa proses pembuatan.
Bilik bersih secara tradisional menggunakan sekitar 30 hingga 50 peratus daripada semua tenaga yang digunakan di loji pembuatan, yang menempatkan pengilang dalam situasi sukar untuk menyeimbangkan persekitaran ultra-bersih dengan inisiatif hijau. Syarikat pintar kini menangani masalah ini melalui beberapa cara. Sebahagian memasang bahan perubahan fasa yang membantu mengekalkan suhu stabil tanpa perlu mengendalikan sistem HVAC secara berterusan. Yang lain mula menggunakan pemendak elektrostatik yang dikuasakan oleh sumber boleh diperbaharui untuk keperluan penapisan udara sekunder. Dan ramai kini bergantung kepada kecerdasan buatan untuk tugas penyelenggaraan ramalan, mengurangkan pembaziran penapis sebanyak kira-kira dua puluh dua peratus menurut laporan industri. Menggabungkan pendekatan-pendekatan ini menghasilkan pengurangan sekitar lima peratus dalam pelepasan karbon setiap tahun, sambil terus mengekalkan bilangan zarah terkawal di bawah separuh zarah setiap kaki padu di kawasan sensitif yang sangat kritikal terhadap pencemaran.
Panel bilik bersih modular kini dilengkapi dengan sensor IoT terbina dalam yang membolehkan penyesuaian kawasan kawalan pencemaran secara pantas apabila diperlukan—sesuatu yang menjadi penting apabila peralatan dikemas kini setiap suku tahun. Kilang fabrikasi semikonduktor mula melaksanakan apa yang dikenali sebagai "dunia maya bilik bersih" untuk menguji bagaimana peralatan baharu akan ditempatkan dalam ruang sedia ada. Pendekatan ini mengurangkan tempoh pengesahan secara ketara—ramai kemudahan melaporkan masa dari sekitar 12 minggu dikurangkan kepada kira-kira 18 hari sahaja. Susunan infrastruktur fleksibel sedemikian membantu pengilang kekal mendahului peraturan yang terus berkembang seperti piawaian ISO 14644-1 yang akan datang pada tahun 2025, yang mensyaratkan pemantauan ketat zarah nano dalam persekitaran terkawal. Bersedia untuk perubahan ini bukan sekadar urusan dokumen—ia benar-benar memberi kesan kepada operasi harian seluruh industri.
