Proizvodnja polprevodnikov je neusmiljena glede natančnosti. Ker se število tranzistorjev zmanjšuje, število vezij pa povečuje, lahko že minimalne stopnje okoljskih sprememb povzročijo napake, izgubo izkoristka ali končno odpoved zanesljivosti. Nedvomno je najpomembnejši in zanemarjen vidik procesa brez napak nadzor vlažnosti. Vrhunska zmogljivost ni utemeljena le na najsodobnejši opremi za čiste prostore s polprevodniki, temveč tudi na praksah razvlaževanja v čistih prostorih s polprevodniki, ki so vestno izpopolnjene s poudarkom na specifičnih procesnih parametrih.

Vloga vlažnosti pri proizvodnji polprevodnikov

Vlažnost ni le luksuz – je pomemben dejavnik v obratih za proizvodnjo polprevodnikov. Nenadzorovana vlažnost predstavlja naslednje nevarnosti:

• Oksidacija občutljivih površin rezin
• Elektrostatična razelektritev (ESD), zlasti v pogojih nizke vlažnosti
• Kontaminacija z delci zaradi vezave vodne pare
• Korozija, ki jo povzroča vlaga med pakiranjem in testiranjem

Ker se polprevodniške naprave danes izdelujejo v nanometrskem merilu, so ta tveganja povečana. Zato nadzor vlažnosti polprevodnikov ni le dobra ideja – gre za tehnično nujnost.

Razumevanje polprevodniških čistih prostorov

Tovarne za proizvodnjo polprevodnikov ali fabs so zgrajene z izjemno nizkimi koncentracijami delcev v zraku, nihanjem temperature in vlažnostjo. Čisti prostori so razvrščeni glede na sprejemljivo število in premer delcev na kubični meter v skladu s klasifikacijo ISO ali Federal Standard 209E.

V tem okolju oprema za čiste prostore s polprevodniki ne le uravnava pretok zraka in filtracijo, temveč tudi stabilizira temperaturo in vlažnost. Integracija sistemov za čiste prostore mora zagotoviti usklajenost okoljskih parametrov. To še posebej velja za občutljive postopke, kot so litografija, kemično nanašanje iz pare (CVD) in jedkanje.

Kritična polprevodniška oprema za čiste prostore za nadzor okolja

Sodobne tovarne uporabljajo različno visokozmogljivo opremo za spremljanje okoljskih razmer. Pri nadzoru čistoče zraka in vlažnosti je najpomembnejša naslednja oprema:

• HEPA in ULPA filtri: Odstranjujejo delce iz zraka, majhne do 0,12 mikrona, s čimer zagotavljajo stabilne vzorce pretoka zraka in zagotavljajo čistočo zraka ter nadzor vlažnosti.
• Sistemi HVAC za čiste prostore: Specializirani sistemi za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo so posebej prilagojeni posameznim območjem čistega prostora.
• Sistemi za spremljanje okolja: Vedno pozorni na vlažnost, temperaturo in delce v zraku ter ponujajo opozorila in beleženje podatkov v realnem času.
• Razvlažilne enote: V večini primerov so integrirane v sisteme HVAC in so ključni dejavniki za doseganje izjemno nizkih rosišča v območjih z visoko občutljivostjo.

Vsa oprema za čisto sobo s polprevodniki mora biti zasnovana z nizkimi vzdrževalnimi zahtevami, združljivostjo in zanesljivostjo, da se zagotovita čas delovanja in stabilnost procesa.

Napredne tehnike razvlaževanja polprevodniških čistih prostorov

Optimalna regulacija vlažnosti v čistih prostorih za polprevodnike je tehnološki izziv, zlasti kadar je vlažnost okolja visoka ali zelo nizka, kar zahteva uporabo rastlin (do -40 °C ali celo -60 °C). Tukaj nastopi tehnologija razvlaževanja čistih prostorov za polprevodnike.

Uporabljene tehnike razvlaževanja so:

• Adsorpcijski razvlažilniki zraka: Ti uporabljajo higroskopski material za izsušitev zraka in so idealni za uporabo pri nizki relativni vlažnosti.
• Razvlažilniki zraka na osnovi hlajenja: Hladijo zrak za prenos vode, kar je optimalno za splošne zahteve glede nadzora vlažnosti.
• Hibridni sistemi: Sušilno sredstvo in hladilno sredstvo se mešata za učinkovito delovanje pod strogimi nadzorovanimi pogoji.

Sistemi so pogosto zgrajeni z možnostjo coniranja, kjer imajo lahko posamezne cone čistega prostora različne ravni vlažnosti glede na fazo procesa in občutljivost opreme.

Prednosti integriranega polprevodniškega nadzora vlažnosti

Integrirana metoda za nadzor vlažnosti polprevodnikov ima več operativnih prednosti:

• Izboljšan izkoristek: Dosledna vlažnost preprečuje napake zaradi vlage in zagotavlja večji delež uporabnih sekancev.
• Zmanjšan čas izpada: Avtomatizirani sistemi za nadzor okolja zmanjšujejo ročno spreminjanje in odpravljanje napak na absolutni minimum.
• Skladnost in certificiranje: Skladnost s standardom ISO 14644 ali certifikatom GMP postane enostavnejša z odličnimi nadzornimi sistemi.
• Energetska učinkovitost: Napredni sistemi za razvlaževanje zraka so lahko energetsko učinkoviti, a hkrati nadzorovani znotraj strogih omejitev.

Poleg tega se zaradi avtomatizacije tovarn in njihovega delovanja z umetno inteligenco sistemi za nadzor vlažnosti integrirajo v druge sisteme, kot so sistemi za izvajanje proizvodnje (MES) in sistemi za upravljanje stavb (BMS), da bi bili centralno nadzorovani in bi omogočali napovedno vzdrževanje.

Zaključek

Nadzor vlažnosti med proizvodnjo polprevodnikov ni nič manj kot sekundarna skrb – je bistveni dejavnik kakovosti, doslednosti in dobičkonosnosti. Z uporabo napredne tehnologije čistih prostorov za polprevodnike in ustreznih metod razvlaževanja v čistih prostorih za polprevodnike lahko tovarne dosežejo natančne tolerance, potrebne za izdelavo čipov naslednje generacije.

Z uvedbo integriranih, inteligentnih in energetsko varčnih polprevodniških sistemov za nadzor vlažnosti se postavite v položaj, ki omogoča izpolnjevanje naraščajočih potreb trgov, od umetne inteligence in interneta stvari do avtomobilske in vesoljske industrije. V svetu, kjer je en mikron ključnega pomena, je okolje, ki ga ustvarite, še bolj pomembno.