EN
Mahalaga ang mahigpit na pagkontrol sa kahalumigmigan sa paligid ng ±1% RH sa mga halaman ng semiconductor dahil kahit ang pinakamaliit na pagbabago ay maaaring magdulot ng pagbaluktot ng silicon o lumikha ng mga problema sa panahon ng sensitibong litograpya. Isaisip ang pasilidad ng TSMC's Fab 18 kung saan ginagawa nila ang mga nangungunang 3nm na chip. Ang kanilang mga sistema ng kontrol sa kondensasyon ay gumagana nang husto, inaalis ang impresibong 4,200 litro ng kahalumigmigan bawat oras lamang upang mapanatili ang katatagan sa 45% na kamunting kahalumigmigan. Upang harapin ang mga istatikong singil na maaaring makasira sa kagamitan, ginagamit sa buong pasilidad ang mga kurtina ng ionisadong hangin. Ang mga sistemang ito ay pumapawi sa antas ng istatiko sa ilalim ng 10 volts, na nagbibigay ng malaking pagkakaiba kapag hinahawakan ang mga lubhang sensitibong 300mm na wafer. At huwag kalimutan ang tungkol sa multi-stage na kemikal na scrubber na humaharap sa photoresist out-gassing. Sa pamamagitan ng pagbawas sa mga emisyon sa mas mababa sa 1 bahagi kada bilyon, ang mga scrubber na ito ay tumutulong upang maiwasan ang mahahalagang pagkawala ng produksyon sa panahon ng extreme ultraviolet (EUV) na operasyon sa litograpya.
Ang bagong pasilidad na D1X sa Intel ay mayroong humigit-kumulang 1,200 na ULPA filter na nakakapit ng mga partikulo hanggang sa sukat na 0.12 microns na may kahanga-hangang 99.9995% na antas ng kahusayan sa lahat ng mga ISO 3 cleanroom na lugar. Nagpatupad sila ng espesyal na cascading airflow setup na bumibilis mula 500 hanggang 750 beses bawat oras. Ang bilis na ito ay limang beses na mas mabilis kaysa sa karaniwang nakikita natin sa mga pharmaceutical cleanroom, na tumutulong upang mapuksa ang mga nuisance amine contaminant na nagmumula sa EUV equipment. Ayon sa mga kamakailang pag-aaral ng mga eksperto sa semiconductor manufacturing, ang advanced na pamamaraan ng pagsala ay binabawasan ang mga depekto dulot ng partikulo ng humigit-kumulang 83% kumpara sa mga lumang sistema na ginagamit pa rin sa buong industriya.
Ang mga advanced na fab ay nag-deploy ng higit sa 2,000 wireless sensor upang patuloy na subaybayan ang mga kritikal na parameter:
| Parameter | Mga Sumusulong | Kadalasan ng pagsukat |
|---|---|---|
| Mga partikulo ≥0.1μm | <0.5/cm³ (ISO 3) | Bawat 6 na segundo |
| Pagsisilaw | <2 μm/s² | Patuloy |
| Pagkakaiba sa Presyon | +15 Pa minimum | Bawat 30 segundo |
Ang real-time na telemetry na ito ay nagbibigay-daan sa mga pagbabago sa HVAC sa loob lamang ng 0.8 segundo mula sa anumang paglihis, na sumusuporta sa mga rate ng yield na higit sa 98.5% sa produksyon ng 5nm node. Ang mga awtomatikong sistema ay mas mabilis kumilos kaysa manu-manong interbensyon, na nagpapanatili ng katatagan sa buong mataas na dami ng operasyon.
Ang mga malinis na kuwarto na ginagamit sa paggawa ng semiconductor ay sumusunod sa mahigpit na pamantayan ng ISO 14644-1 mula sa Class 4 hanggang 8, na nangangahulugan na kontrolado ang mga partikulo sa hangin sa pagitan ng humigit-kumulang 352 at 35,200 na mga partikulo na may sukat na 0.5 microns o mas malaki bawat kubikong metro. Ang mga kinakailangang ito ay lubhang nakadepende sa antas ng sensitibidad ng proseso ng produksyon. Kumpara sa mga nakikita natin sa mga pasilidad sa pharmaceutical na gumagana sa ISO Class 5 hanggang 8, ang mga teknikal na detalyeng ito ay humigit-kumulang 100 beses na mas mahigpit. Kahit hindi na opisyal na ginagamit, ang lumang FS 209E standard ay patuloy na nagbibigay ng impluwensya sa disenyo ng kagamitan, lalo na sa paligid ng sikat nitong Class 100 rating na nagpapahintulot ng hindi hihigit sa 100 partikulong ito bawat kubikong talampakan ng espasyong hangin, na katumbas ng ISO Class 5 specifications. Ang mga nangungunang tagagawa ay naglalaan ng kanilang pinakamataas na kalidad na mga lugar na ISO Class 4 hanggang 5 nang eksklusibo para sa mga kritikal na proseso tulad ng lithography at deposition work. Isang maliit na partikulo lamang na may sukat na 0.3 microns na lumulutang sa hangin ay maaaring makapinsala sa isang silicon wafer na may halagang halos $740,000 ayon sa kamakailang ulat ng industriya mula sa SEMI noong 2023.
Ang pamantayan ng SEMI F51 ay lampas sa kung ano ang karaniwang sakop ng ISO pagdating sa kontrol ng airborne molecular contamination (AMC). Ito ay talagang naglilimita sa volatile organic compounds sa ilalim ng isang bahagi bawat bilyon, na lubhang mahigpit. Sa ibang aspeto, ang SEMI E89 ay nangangailangan ng patuloy na pagsubaybay sa mga partikulo sa real time. Kung may paglihis mula sa normal na antas ng higit sa 5%, awtomatikong papatakbo ang mga alarm system. Ang dahilan kung bakit lalong mahalaga ang mga pamantayang ito para sa mga semiconductor ay ang kanilang pagtugon sa tiyak na mga isyu tulad ng photoresist breakdown at metal corrosion na hindi karaniwang lumilitaw sa mga regulasyon sa biotechnology o pharmaceutical. Kinakailangang bigyang-pansin ng mga tagagawa ng semiconductor ang mga kinakailangang ito dahil ang kabiguan dito ay maaaring magdulot ng malubhang pagkaantala sa produksyon sa hinaharap.
Ang mga silid na malinis para sa semiconductor na nasa ISO Class 4 ay karaniwang nangangailangan ng pagpapalit ng hangin mula 400 hanggang 600 beses bawat oras. Halos 12 beses ito kumpara sa karaniwang kapaligiran sa pharmaceutical. Upang mapanatiling angkop ang mga espasyong ito para sa pinakabagong produksyon ng sub-5nm, umaasa ang mga pasilidad sa ULPA filters na nakakakuha ng 99.9995% ng mga partikulo hanggang 0.12 microns. Kapag gumagawa tayo gamit ang gate oxides na may lapad na mga 10 atom lamang, ang anumang maliit na kontaminasyon ay nagdudulot ng malaking epekto. Isipin mo ito: ang isang hibla ng buhok ng tao ay maaaring magpalabas ng mahigit 600 libong mikroskopikong partikulo sa isang ISO Class 5 na lugar. Ito ang nagpapakita kung bakit napakahalaga ng mahigpit na pamantayan sa kontrol sa paggawa ng semiconductor.
Ang mga kamakailang survey sa industriya ay nagpapakita na 93% ng mga makabagong fab ay gumagana na sa ISO Class 5 o mas malinis, na dala ng pangangailangan ng EUV lithography at 3D NAND stacking. Kumakatawan ito sa 40% na pagtaas sa pag-aampon ng ultra-clean room mula noong 2018 (FabTech 2023).
Ang mga pinakamahusay na pasilidad sa pagmamanupaktura ay nagpapanatili ng antas ng kahalumigmigan sa loob lamang ng kalahating porsyento RH at kayang kontrolin ang temperatura hanggang 0.02 degree Celsius gamit ang kanilang sopistikadong sistema ng environmental control. Isang pangunahing foundry sa Asya ang nagpatupad ng ionized air curtains na nagpapanatili sa istatikong kuryente sa ilalim ng 50 volts, na nakatutulong upang maiwasan ang mga maliit na depekto kapag gumagawa ng 3nm chips. Kapag pinagsama ito sa ilang yugto ng chemical scrubbing, tinitiyak ng mga pamamaraang ito na ang anumang volatile compounds na lumalabas mula sa photoresists ay nananatiling nasa ilalim ng isang bahagi kada bilyon. Mahalaga ito upang mapanatili ang mataas na yield sa mga proseso ng extreme ultraviolet lithography.
Ang mga sistema ng pagpoproseso na sumusunod sa pamantayan ng ISO 14644 ay kayang humawak ng humigit-kumulang 600 beses na palitan ng hangin bawat oras kapag mayroong ULPA filters. Ang mga filter na ito ay nakakapigil ng kahanga-hangang 99.999% ng mga partikulo na mas malaki sa 0.12 microns, na kung tutuusin ay mga 50 beses na mas mahigpit kaysa sa kinakailangan sa mga pharmaceutical na kapaligiran. Tingnan ang isang pasilidad pang-research na pinapatakbo ng isang malaking tagagawa sa Hilagang Amerika. Ipinatupad nila ang kombinasyon ng mga HEPA ceiling grid kasama ang mga perforated floor upang lumikha ng laminar airflow patterns. Ang setup na ito ay nagpapanatili ng bilang ng mga partikulo sa ilalim ng 10 bawat cubic foot habang ginagawa ang mga 5 nanometrong sangkap. Para sa mas mataas na kalinis, ginagamit ang molecular adsorption beds upang alisin ang manipis na dami ng hangin na may asido at dopants hanggang sa parts per billion na konsentrasyon.
Ang mga sensor network na naka-integrate sa mga sistemang ito ay nagbabantay sa higit sa 15 iba't ibang salik kabilang ang mga maliit na particle na 0.1 micrometer at iba't ibang frequency ng vibration, na may update na nangyayari bawat kalahating segundo. Kung lumagpas ang mga bagay sa ISO Class 5 na pamantayan, ang mga awtomatikong kontrol ay pumapasok upang maayos na i-adjust ang bilis ng agos ng hangin nang eksakto sa paligid ng 0.1 metro kada segundo, na mas mahusay kaysa anumang kayang gawin manu-mano ng tao. Ang buong feedback loop ay gumagana nang maayos kaya ang kontaminasyon ay nagdudulot lamang ng humigit-kumulang 0.01 porsiyento na pagkawala sa produksyon, kahit na tinatamo nila ang mga 150 libong wafers bawat buwan gamit ang istrukturang ito.
Kapag gumagawa sa mga semiconductor node na nasa ilalim ng 3nm, kailangan ng mga ULPA filter na mahuli ang hindi bababa sa 99.9995% ng mga partikulo na may sukat na 0.12 microns o mas malaki. Maraming nangungunang planta ng pagmamanupaktura ang nagsisimula nang magpatupad ng mga smart airflow management system sa mga araw na ito. Ang mga sistemang ito ay nag-aayos agad batay sa pagkakaayos ng kagamitan sa buong cleanroom. Binabawasan ng paraang ito ang mga dead air pockets ng humigit-kumulang 40% kumpara sa mas lumang fixed laminar flow setup. Talagang malinaw ang mga benepisyo lalo na sa panahon ng EUV lithography processes. Kahit ang pinakamaliit na partikulo na may sukat na ilang nanometers lamang ay maaaring makagambala sa delikadong mga circuit pattern na nililikha, kaya ang pagkakaroon ng ganitong mga adaptive filtration system ay napakahalaga upang mapanatili ang kalidad ng produkto.
Ang mga modernong silid na malinis ay mayroon nang mga madayaw na sistema ng presyon na nagpapahintulot na mapanatiling hiwalay ang iba't ibang lugar nang hindi tumaas ang gastos sa kuryente. Isang kamakailang ulat mula sa Semiconductor Engineering noong 2023 ay nakatuklas ng isang kakaiba tungkol sa mga pag-upgrade sa modernong HVAC. Nalabas nilang nabawasan ang paggamit ng enerhiya ng humigit-kumulang 28 porsiyento nang hindi nasira ang kinakailangang pamantayan ng ISO Class 5. Paano nila ito nagawa? Sa pamamagitan ng pag-install ng mga fan na may variable speed at pagdaragdag ng mga mekanismo para sa pagbawi ng init sa buong pasilidad. Para sa mga industriya na may operasyon na sensitibo sa temperatura tulad ng atomic layer deposition (ALD), ang ganitong uri ng pagtaas ng kahusayan ay napakahalaga upang mapanatili ang kalidad ng produkto habang gumagawa.
Ang mga malinis na kuwarto ay tradisyonal na umaabot ng humigit-kumulang 30 hanggang 50 porsyento ng lahat ng enerhiya na ginagamit sa mga planta ng paggawa, na naglalagay sa mga tagagawa sa mahirap na posisyon habang sinusubukang balansehin ang mga napakalinis na kapaligiran at mga inisyatibong pangkalikasan. Kasalukuyan, hinaharap ng mga matalinong kumpanya ang problemang ito sa ilang paraan. Ang iba ay nagtatanim ng phase change materials upang mapanatiling matatag ang temperatura nang hindi pinapatakbo nang patuloy ang mga sistema ng HVAC. Ang iba naman ay nagsimula nang gumamit ng mga electrostatic precipitator na pinapakilos ng mga renewable source para sa pangalawang pangangailangan sa pagsala ng hangin. At marami na ngayon ang umaasa sa artipisyal na katalinuhan para sa mga gawain sa predictive maintenance, na binabawasan ang sayang na mga filter ng humigit-kumulang dalawampu't dalawang porsyento ayon sa mga ulat ng industriya. Ang pagsasama-sama ng mga pamamaraang ito ay nagreresulta sa humigit-kumulang limang porsyentong mas mababa sa emisyon ng carbon bawat taon, habang pinapanatili pa rin ang bilang ng mga partikulo sa kontrol—nasa mas mababa sa kalahating partikulo bawat kubik na talampakan sa mga lugar na lubhang sensitibo kung saan hindi katanggap-tanggap ang kontaminasyon.
Ang mga modular na panel ng silid na malinis ay mayroon na ngayong built-in na mga sensor na IoT na nagbibigay-daan upang mabilis na i-adjust ang mga lugar ng kontrol sa kontaminasyon kailanman kailangan—na siyang naging mahalaga lalo na tuwing naa-update ang mga kagamitan bawat quarter. Ang mga planta ng paggawa ng semiconductor ay nagsisimula nang magpatupad ng tinatawag na "cleanroom digital twins" upang subukan kung paano papasok ang mga bagong kagamitan sa umiiral na espasyo. Binabawasan nito nang malaki ang panahon ng pagsusuri—maraming pasilidad ang nagsusuri na nabawasan ang oras mula sa dating mga 12 linggo hanggang sa humigit-kumulang 18 araw lamang. Ang ganitong uri ng fleksibleng imprastruktura ay tumutulong sa mga tagagawa na manatiling ahead sa patuloy na pagbabago ng mga regulasyon tulad ng darating na ISO 14644-1 na pamantayan na inihanda para sa 2025, na nangangailangan ng mahigpit na pagsubaybay sa mga nanopartikulo sa mga kontroladong kapaligiran. Ang paghahanda para sa mga pagbabagong ito ay hindi lang tungkol sa mga dokumento—nakakaapekto ito sa pang-araw-araw na operasyon sa buong industriya.
