تتميز صناعة أشباه الموصلات بدقة لا تلين. فمع تصغير الترانزستورات وزيادة الدوائر، قد تؤدي حتى أدنى مستويات التباين البيئي إلى عيوب، أو فقدان في الإنتاجية، أو فشل نهائي في الموثوقية. ولا شك أن التحكم في الرطوبة هو أهم جانب وأكثرها إهمالاً في أي عملية خالية من العيوب. ولا يقتصر تحقيق أعلى أداء على أحدث معدات غرف أشباه الموصلات النظيفة فحسب، بل يعتمد أيضاً على ممارسات إزالة الرطوبة في غرف أشباه الموصلات النظيفة، المُحسّنة بعناية، مع التركيز على معايير عملية محددة.

دور الرطوبة في تصنيع أشباه الموصلات

الرطوبة ليست مجرد ترف، بل هي عامل مهم في منشآت تصنيع أشباه الموصلات. تُشكل الرطوبة غير المُتحكم بها المخاطر التالية:

• أكسدة أسطح الرقاقة الحساسة
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، وخاصة في ظروف الرطوبة المنخفضة
• تلوث الجسيمات عن طريق ارتباط بخار الماء
• التآكل الناتج عن الرطوبة أثناء مراحل التعبئة والاختبار

بما أن أجهزة أشباه الموصلات تُصنع اليوم بمقاييس النانومتر، فإن هذه المخاطر تتزايد. لذا، فإن التحكم في رطوبة أشباه الموصلات ليس مجرد فكرة جيدة، بل ضرورة تقنية.

فهم غرفة أشباه الموصلات النظيفة

تُبنى مصانع تصنيع أشباه الموصلات (أو فابس) بمستويات منخفضة للغاية من الجسيمات المحمولة جوًا، وتقلبات في درجات الحرارة والرطوبة. تُصنف الغرف النظيفة بناءً على العدد المقبول وقطر الجسيمات لكل متر مكعب وفقًا لتصنيف ISO أو المعيار الفيدرالي 209E.

في هذه البيئة، لا تقتصر مهام معدات غرف أشباه الموصلات النظيفة على تنظيم تدفق الهواء والترشيح فحسب، بل تُحافظ أيضًا على استقرار درجة الحرارة والرطوبة. ويجب أن يضمن تكامل أنظمة غرف أشباه الموصلات النظيفة تناغم المعايير البيئية. وينطبق هذا بشكل خاص على العمليات الدقيقة مثل الطباعة الحجرية، والترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، والنقش.

معدات غرف أشباه الموصلات النظيفة الحرجة للتحكم البيئي

تستخدم المصانع الحديثة معدات متنوعة عالية الأداء لمراقبة الظروف البيئية. ولضمان نظافة الهواء والتحكم في الرطوبة، تُعد المعدات التالية من أهمها:

• مرشحات HEPA وULPA: تعمل على إزالة الجزيئات المحمولة في الهواء بحجم يصل إلى 0.12 ميكرون، مما يعمل على تحسين نظافة الهواء والتحكم في الرطوبة من خلال ضمان أنماط تدفق الهواء المستقرة.
• أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في الغرف النظيفة: يتم تصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء المتخصصة خصيصًا للمناطق الفردية في الغرفة النظيفة.
• أنظمة مراقبة البيئة: مراقبة دائمة للرطوبة ودرجة الحرارة والجسيمات المحمولة في الهواء، وتوفير تحذيرات في الوقت الحقيقي وتسجيل البيانات.
• وحدات إزالة الرطوبة: يتم دمجها في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في معظم الحالات، وهي المحركات الرئيسية لتحقيق نقاط الندى المنخفضة للغاية في المناطق ذات الحساسية العالية.

يجب تصميم جميع المعدات الخاصة بغرفة أشباه الموصلات النظيفة بحيث تتطلب صيانة منخفضة، مع التوافق والموثوقية لضمان التشغيل المستمر واستقرار العملية.

تقنيات إزالة الرطوبة المتقدمة في غرف أشباه الموصلات النظيفة

يُمثل التنظيم الأمثل للرطوبة في غرف أشباه الموصلات النظيفة تحديًا تقنيًا، خاصةً عندما تكون درجة رطوبة البيئة المحيطة مرتفعة أو منخفضة جدًا، مما يتطلب منشآت (تصل إلى -40 درجة مئوية أو حتى -60 درجة مئوية). وهنا يأتي دور تقنية إزالة الرطوبة من غرف أشباه الموصلات النظيفة.

التقنيات المستخدمة لإزالة الرطوبة هي:

• أجهزة إزالة الرطوبة المجففة: تستخدم هذه الأجهزة مادة استرطابية لتجفيف الهواء وهي مثالية للتطبيقات ذات الرطوبة النسبية المنخفضة.
• أجهزة إزالة الرطوبة المعتمدة على التبريد: تعمل على تبريد الهواء لنقل الماء، وهو أمر مثالي لمتطلبات التحكم في الرطوبة بشكل عام.
• الأنظمة الهجينة: يتم مزج المواد المجففة مع مواد التبريد لضمان الأداء الفعال في ظل ظروف التحكم الصارمة.

غالبًا ما يتم إنشاء الأنظمة مع إمكانية تقسيم المناطق، حيث قد تحتوي المناطق الفردية للغرفة النظيفة على مستويات رطوبة مختلفة وفقًا لمرحلة العملية وحساسية المعدات.

مزايا التحكم المتكامل في رطوبة أشباه الموصلات

تتمتع طريقة التحكم في رطوبة أشباه الموصلات المتكاملة بالعديد من المزايا التشغيلية:

• تحسين العائد: تمنع الرطوبة الثابتة عيوب الرطوبة وتوفر نسبة أعلى من الرقائق القابلة للاستخدام.
• تقليل وقت التوقف: تعمل أنظمة التحكم البيئي الآلية على تقليل العبث اليدوي وتصحيح الأخطاء إلى الحد الأدنى المطلق.
• الامتثال والشهادة: يصبح التوافق مع شهادة ISO 14644 أو GMP أسهل مع أنظمة التحكم الممتازة قيد التشغيل.
• كفاءة الطاقة: يمكن أن تكون أنظمة إزالة الرطوبة المتقدمة موفرة للطاقة ولكن يتم التحكم فيها ضمن حدود ضيقة.

بالإضافة إلى ذلك، مع أتمتة المصانع وتوجيهها بالذكاء الاصطناعي، يتم دمج أنظمة التحكم في الرطوبة في أنظمة أخرى، مثل أنظمة تنفيذ التصنيع (MES) وأنظمة إدارة المباني (BMS)، لتكون خاضعة للتحكم المركزي وقادرة على الصيانة التنبؤية.

خاتمة

يُعدّ التحكم في الرطوبة خلال عملية تصنيع أشباه الموصلات أمرًا ثانويًا، فهو عاملٌ أساسيٌّ للجودة والاتساق والربحية. باستخدام تقنيات غرف أشباه الموصلات النظيفة المتطورة وطرق إزالة الرطوبة المناسبة، يمكن لمصانع أشباه الموصلات تحقيق التفاوتات الدقيقة اللازمة لتصنيع رقائق الجيل التالي.

بتبني أنظمة متكاملة وذكية وموفرة للطاقة للتحكم في رطوبة أشباه الموصلات، ستتمكن من تلبية المتطلبات المتزايدة للأسواق، بدءًا من الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء وصولًا إلى السيارات والفضاء. في عالمٍ تُعدّ فيه الميكرون الواحد بالغة الأهمية، تكتسب البيئة التي تُنشئها أهميةً أكبر.