EN
Одржавање строго контролисане влажности у распону од ±1% RH од критичног је значаја у фабрикама за производњу полупроводника, јер чак и мали флуктуације могу изазвати изобличење силицијума или проузроковати проблеме током деликатног процеса литографије. Узмимо пример објекта Fab 18 компаније TSMC где се производе револуциони чипови од 3nm. Њихови системи за контролу кондензације раде преко нормалног капацитета, уклањајући импресивних 4.200 литара влаге сваког сата, само да би одржали стабилну влажност од 45% RH. Да би се суочили са статичким наелектрисањем које би могло оштетити опрему, по целини објекта користе се завесе од јонизованог ваздуха. Ови системи смањују нивое статике на мање од 10 волти, што чини велику разлику при руковању екстремно осетљивим плочицама пречника 300mm. А не треба ни заборавити на вишестепене хемијске пречистаче који се боре против испаравања фоточувствених материјала. Смањењем емисија на мање од 1 део на милијарду, ови пречистачи помажу у спречавању скупих губитака приносa током операција екстремне ултравиолетне (EUV) литографије.
Нова фабрика D1X код Intel има око 1.200 ULPA филтера који задржавају честице величине до 0,12 микрона са изузетном ефикасношћу од 99,9995% на свим подручјима чистих соба ISO 3. Увео је специјални каскадни систем струјања ваздуха који се обнавља између 500 и 750 пута на час. То је заправо пет пута брже него што се обично види у фармацеутским чистим собама, што помаже у уклањању досадних аминских загађивача који потичу од EUV опреме. Према недавним студијама стручњака за производњу полупроводника, ова напредна метода филтрације смањује мане повезане са честицама за отприлике 83% у поређењу са старијим системима који се и даље користе у индустрији.
Напредне фабрике постављају више од 2.000 бежичних сензора како би непрестано пратиле кључне параметре:
| Parametar | Prag | Frekvencija merenja |
|---|---|---|
| Честице ≥0,1μm | <0,5/cm³ (ISO 3) | Svake 6 sekunde |
| Vibracija | <2 μm/s² | Kontinuiran |
| Притисак диференцијала | +15 Pa minimum | Svake 30 sekunde |
Ova telemetrija u realnom vremenu omogućava podešavanje klimatizacije unutar 0,8 sekundi od pojave odstupanja, čime se podržavaju stopa iskorišćenosti iznad 98,5% u proizvodnji čvora od 5 nm. Automatizovani sistemi reaguju brže nego ručna intervencija, održavajući stabilnost tokom operacija velikih zapremina.
Чисте просторије које се користе за производњу полупроводника прате строге стандарде ISO 14644-1, класа од 4 до 8, што значи да контролишу честице у ваздуху између око 352 и 35.200 честица величине 0,5 микрона или већих по кубном метру. Ови захтеви знатно зависе од осетљивости процеса производње. У поређењу са оним што се види у фармацеутским објектима који раде у ISO класама 5 до 8, ови захтеви су отприлике 100 пута строжи. Иако више није званично у употреби, стари стандард FS 209E и даље утиче на пројектовање опреме, нарочито у вези са чувеном класификацијом Class 100, која дозвољава највише 100 таквих честица по кубном стопалу ваздушног простора, што одговара ISO Class 5 спецификацијама. Произвођачи врхунског нивоа задржавају своје просторије највишег квалитета, ISO класе 4 до 5, посебно за критичне процесе као што су литографија и депозиција. Само једна мала честица величине 0,3 микрона може уништити силиконски вафел вредан скоро 740.000 долара, према недавним извештајима индустријске асоцијације SEMI из 2023. године.
SEMI F51 стандард иде даље од онога што ISO обично обухвата када је у питању контрола молекуларног загађења ваздуха (AMC). Он заправо ограничава летљиве органске једињене на мање од једног дела по милијарди, што је прилично стриктно. Са друге стране, SEMI E89 захтева континуирано, тренутно праћење честица. Ако дође до одступања од нормалних нивоа више од 5%, аларм системи се аутоматски активирају. Оно што ове стандарде чини посебно важним за полупроводнике јесте то што решавају специфичне проблеме попут разградње фоточувствених материјала и корозије метала, који се једноставно не појављују у биотехнолошким или фармацеутским прописима. Произвођачи полупроводника морају обраћати посебну пажњу на ове захтеве, јер неиспоштовање може довести до значајних проблема у производњи касније.
Чисте собе за полупроводнике класификоване као ISO Class 4 обично захтевају између 400 и 600 замена ваздуха сваког сата. То је отприлике 12 пута више него у стандардним фармацеутским срединама. Да би ове просторије остале погодне за напредну производњу испод 5 nm, објекти користе ULPA филтере који задржавају 99,9995% честица величине до 0,12 микрона. Када се ради са гејт оксидима дебљине само око 10 атома, чак и минијатурне контаминанте имају огроман значај. Замислите: једна људска жица може ослободити више од 600 хиљада микроскопских честица у ISO Class 5 простору. Ово показује зашто је одржавање толико строгих стандарда контроле апсолутно критично у изради полупроводника.
Najnoviji industrijski pregledi pokazuju da 93% naprednih fabrika sada radi na ISO klasi 5 ili čistijem nivou, podstaknuto zahtevima EUV litografije i 3D NAND slaganja. Ovo predstavlja povećanje od 40% u usvajanju ultra-čistih prostorija od 2018. godine (FabTech 2023).
Najbolje fabricirane instalacije održavaju nivo vlažnosti unutar samo pola procenta relativne vlažnosti i mogu kontrolisati temperature do 0,02 stepena Celzijus korišćenjem svojih sofisticiranih sistema za kontrolu okoline. Jedna velika fabrika u Aziji implementirala je jonizovane vazdušne zaves koje drže statički elektricitet ispod 50 volti, što pomaže da se izbegnu sitne greške prilikom rada na 3nm čipovima. Kada se kombinuje sa više stepeni hemijskog prečišćavanja, ove metode osiguravaju da bilo koji letljivi jedinjenja oslobođena od fotootporaka ostanu daleko ispod jednog dela na milijardu. Ovo je veoma važno za održavanje dobrog prinosa u procesima ekstremne ultraljubičaste litografije.
Системи филтрације који испуњавају стандарде ISO 14644 могу да обраде око 600 замена ваздуха на сат кад су опремљени ULPA филтерима. Ови филтри задржавају изузетних 99,999% честица већих од 0,12 микрона, што је заправо око 50 пута строже него што се захтева у фармацеутским условима. Узмите у обзир истраживачки објекат који управља велики произвођач из Северне Америке. Они су имплементирали комбинацију HEPA решетки на таванима заједно са перфорираним подовима који стварају ламинарне шеме протока ваздуха. Ова постава одржава број честица испод 10 по кубном стопалу током производње компонената од 5 нанометара. За још већу чистоћу, користе се постељине молекуларне адсорпције како би се уклониле трагове киселина у ваздуху и додатака до концентрација на нивоу дела по милијарди.
Мреже сензора интегрисане у ове системе прате више од 15 различитих фактора, укључујући честице величине од 0,1 микрометра и разне учестаности вибрација, при чему ажурирања података долазе сваких пола секунде. Ако параметри пређу границе ISO класе 5, аутоматска контрола се активира како би тачно прилагодила брзину протока ваздуха на око 0,1 метар у секунди, што је знатно боље него што било која особа може ручно да постигне. Цео систем повратне спреге функционише тако добро да загађење узрокује губитак производних приноса само око 0,01 процента, упркос томе што се кроз овај систем месечно обради отприлике 150 хиљада плочица.
Када се ради са полупроводничким чворовима испод 3 нм, УЛПА филтери морају да задрже најмање 99,9995% честица које су 0,12 микрона или веће. Многа од најбољих фабрика за производњу у последње време почињу да уводе паметне системе управљања протоком ваздуха. Ови системи динамички се прилагођавају у зависности од распореда опреме у чистој соби. Такав приступ смањује мртве зоне стагнираног ваздуха за око 40% у односу на старије фиксне ламинарне системе. Предности овог приступа постају посебно очигледне током ЕУВ литографских процеса. Чак и ситне честице мерене у неколико нанометара могу ометати формирање деликатних шема кола, тако да ови адаптивни системи филтрације имају решавајући утицај на одржавање квалитета производа.
Današnje čiste sobe opremljene su inteligentnim sistemima pritiska koji održavaju odvajanje različitih zona, a istovremeno štede na troškovima struje. Nedavni izveštaj sajta Semiconductor Engineering iz 2023. godine otkrio je nešto zanimljivo u vezi sa modernizacijama sistema grejanja i klimatizacije. Uspele su da smanje potrošnju energije za oko 28 posto, bez narušavanja propisanih ISO klasa 5. Kako su to postigle? Instaliranjem ventilatora promenljive brzine i dodavanjem mehanizama za rekuperaciju toplote na celoj površini objekta. Za industrije koje se bave operacijama osetljivim na temperaturu, kao što je taloženje atomskog sloja (ALD), ovakvi napreci u efikasnosti imaju presudnu ulogu u održavanju kvaliteta proizvoda tokom proizvodnje.
Чисте просторије традиционално троше око 30 до 50 процената укупне енергије која се користи у фабрикама, због чега произвођачи имају велике потешкоће у успостављању равнотеже између ултрачистих средина и иницијатива за заштиту животне средине. Паметне компаније данас решавају овај проблем на неколико начина. Неке инсталирају материјале са променом фазе који помажу у одржавању стабилних температура без непрестаног рада система грејања и климатизације. Друге су почеле да користе електростатичке преципитаторе напајане обновљивим изворима за друго ниво филтрирања ваздуха. Многе дана користе вештачку интелигенцију за предиктивно одржавање, смањујући трошак филтера за око двадесет два процента, према извештајима из индустрије. Када се ови приступи комбинују, добија се приближно пет процената мање емисије угљеника годишње, све док се број честица задржава под контролом, испод пола честице по кубном стопалу у оним веома осетљивим зонама где загађење није дозвољено.
Модуларне плоче за чисте собе сада долазе опремљене уграђеним ИоТ сензорима који омогућавају брзо прилагођавање зона контроле загађења кад год је то потребно, што постаје неопходно када се алати ажурирају сваког тромесечја. Пословнице за израду полупроводника почињу да уводе такозване „дигиталне двојнике чистих соба“ како би тестирали где нова опрема треба да буде смештена у постојећим просторима. Овакав приступ драстично смањује период валидације – многе фабрике пријављују смањење са око 12 недеља на приближно 18 дана. Такве флексибилне инфраструктурне конфигурације помажу произвођачима да остану испред еволуирајућих прописа као што је предстојећи стандард ИСО 14644-1 из 2025. године, који захтева стриктно праћење нано честица у контролисаним срединама. Припрема за ове измене није само питање документације – заправо утиче на свакодневне операције у целој индустрији.
