Не все чистые помещения одинаковы: подробный анализ требований к полупроводниковым фабрикам. 

Хотя термин «чистая комната» используется во многих отраслях промышленности, среда, необходимая для производства полупроводников, пожалуй, является самой строго контролируемой на Земле. Поскольку размеры элементов схем уменьшаются до нанометрового масштаба, даже одна субмикронная частица или случайная молекула могут сделать многомиллионный кремниевый кристалл непригодным для использования. Эта борьба с загрязнением требует создания объекта, спроектированного с бескомпромиссной точностью. 

В отличие от чистых помещений для фармацевтической промышленности или производства медицинских изделий, которые в первую очередь ориентированы на контроль микробов и жизнеспособных частиц, на производстве полупроводников необходимо бороться с более широким спектром невидимых угроз — от молекулярных газов и электростатического разряда до мельчайших вибраций. В этом руководстве рассматриваются пять основных требований, определяющих современное чистое помещение для производства полупроводников, и объясняется, как они напрямую влияют на выход годной продукции и надежность устройств.

 

 Почему существует спрос на чистые помещения для полупроводниковой промышленности? Беспрецедентная точность

Основная проблема в производстве полупроводников — это дефектность. «Критический размер» современного чипа часто меньше длины волны видимого света. Одна-единственная частица пыли размером 0,5 микрона может стать катастрофическим «камнем» на 5-нанометровом пути цепи. Выход годных чипов — процент функциональных чипов на пластине — прямо и обратно пропорционален уровню загрязнения. Поэтому чистая комната — это не просто помещение; это неотъемлемая часть самого производственного процесса.

Основное требование №1: Исключительно чистый воздух (ISO 1-5)

Базовым требованием для любой чистой комнаты является контроль за частицами, классифицируемый по...ISO 14644-1.В областях производства полупроводников, особенно в фотолитографии и травлении, требуются самые высокие доступные классификации:

Класс ISO 3 (FED-STD 209E Класс 1):Как правило, это требуется для наиболее ответственных производственных зон. Это допускает наличие не более 10 частиц размером ≥0,1 мкм на кубический метр воздуха.

 Класс ISO 4-5 (FED-STD 209E Класс 10-100):Обычно используется в менее важных зонах обработки и поддержки в главном бальном зале.

Для достижения этой цели необходимы огромные объемы воздуха, проходящие через фильтры ULPA (фильтры со сверхнизким содержанием твердых частиц), эффективность улавливания частиц размером до 0,12 мкм которых составляет 99,9995%.

 Основное требование № 2: Контроль загрязнения воздуха молекулярными частицами (AMC).

В случае полупроводников частицы — это лишь половина дела. Загрязнение воздуха молекулами (ЗВМ) — это вредные газообразные молекулы (кислоты, основания, органические вещества), присутствующие в воздухе даже в концентрациях, исчисляемых частями на миллиард (ppb). Эти молекулы могут вызывать:

Нежелательный допинг:Изменение электрических свойств кремния.

Коррозия:Повреждение металлических межсоединений.

Фотолитография. Дедовщина:Образование химической дымки на оптических линзах и масках, что нарушает процесс формирования рисунка.

Для контроля образования аэрозольных частиц требуется специализированная химическая фильтрация в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с использованием активированного угля или хемосорбционных материалов для улавливания специфических молекулярных угроз. Материалы, используемые в самом чистом помещении, также должны обладать низким уровнем выделения газов, чтобы предотвратить их превращение в источник аэрозольных частиц.

 Основное требование №3: Строгий контроль за состоянием окружающей среды и коммунальными услугами.

Стабильность процесса имеет первостепенное значение. Даже незначительные колебания могут изменить скорость химических реакций и толщину осаждения, что повлияет на производительность чипа.

Регулировка температуры:Температура должна поддерживаться в чрезвычайно жестких пределах, часто от ±0,1°C до ±0,05°C в критических зонах литографии.

Контроль влажности:Обычно поддерживается относительная влажность ±1–±2% для предотвращения накопления статического электричества и обеспечения стабильности процесса.

Вибро- и акустический контроль:Оборудование для литографии и метрологии очень чувствительно к вибрации. Плита чистого помещения должна быть изолирована от вибраций здания, а отдельные инструменты часто устанавливаются на специальных виброизоляционных платформах. Уровень акустики также поддерживается на низком уровне.

Сверхчистая вода (СПВ) и технологические газы:Эти инженерные коммуникации — жизненно важный элемент производственного цеха. Конструкция чистого помещения должна предусматривать обширные сети трубопроводов высокой чистоты для подачи этих материалов к технологическому оборудованию без внесения загрязнений.

 

Основное требование №4: Усовершенствованное проектирование систем вентиляции и инженерных сетей.

Физическая структура фабрики полностью спроектирована с учетом контроля загрязнения.

Однонаправленный (ламинарный) воздушный поток:Весь потолок чистой комнаты для производства полупроводников обычно покрыт...Вентиляторные фильтрующие блоки (ВФФБ).Эти установки создают поршнеобразный поток сверхчистого воздуха сверху вниз, который непрерывно выталкивает частицы и загрязнения вниз, за ​​пределы критической зоны процесса. Скорость воздухообмена может превышать 600 единиц в час.

Фальшполы:Пол представляет собой перфорированную решетку, поднятую на 1-3 метра над подсобным помещением. Это создает воздухозаборную камеру. Однонаправленный поток воздуха проталкивает загрязняющие вещества через перфорированный пол в подсобное помещение, где воздух затем рециркулируется обратно в блочные воздухоочистители.

Субфабрика (уровень вспомогательного оборудования):В этой зоне под полом чистого помещения размещены насосы, источники питания, газопроводы и другое вспомогательное оборудование. Такая конструкция позволяет избежать воздействия тепла, вибрации и проведения ремонтных работ на основное чистое помещение («бальный зал»).

Мини-среды (SMIF/FOUP):Для обеспечения еще большего контроля современные фабрики изолируют кремниевые пластины от окружающей среды. Пластины перемещаются в герметичных контейнерах (SMIF или FOUP) и контактируют с фильтрованным воздухом только внутри самого технологического оборудования, создавая среду класса ISO 1 на уровне пластины.

Основное требование № 5: Комплексный контроль электростатического разряда и статического электричества.

 Однократное возникновение электростатического разряда (ЭСР) может разрушить микроскопические схемы на микросхеме. Комплексная программа контроля ЭСР является обязательной и включает в себя:

• Проводящее/статогасящее напольное покрытие.
• Одежда, обладающая статическими диссипативными свойствами.
• Ионизаторы, устанавливаемые в пылеулавливающих установках и технологическом оборудовании, нейтрализуют статический заряд в воздухе.
• Заземляющие ремни для персонала и оборудования.

 Системный инженерный подход к созданию перспективного завода по производству микросхем.

Выполнение этих пяти взаимосвязанных требований представляет собой колоссальную инженерную задачу. Изменение одного параметра (например, влажности) может повлиять на другой (например, статический уровень). Именно здесь критически важен целостный подход на системном уровне.

В компании Dersion мы специализируемся на комплексном проектировании крупномасштабных чистых помещений. Мы используем такие инструменты, как моделирование вычислительной гидродинамики (CFD), для оптимизации схем воздушных потоков, обеспечивая отсутствие застойных зон, где могут накапливаться загрязнения. В процессе выбора материалов мы тщательно проверяем каждый компонент на способность к дегазации и рассеиванию частиц. Проектируя конструкцию, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и системы управления как единое целое, мы создаем объекты, которые не только соответствуют современным требованиям, но и масштабируемы и адаптируемы к технологическим узлам будущего.

Планируете модернизацию своего завода или предприятия? Свяжитесь с нашими специалистами по полупроводниковым технологиям для технической консультации и анализа ваших конкретных технологических требований..

связаться с нами