การผลิตเซมิคอนดักเตอร์นั้นไม่ละเลยในเรื่องความแม่นยำ เมื่อลดจำนวนทรานซิสเตอร์ลงและเพิ่มจำนวนวงจร แม้แต่ความผันแปรของสภาพแวดล้อมเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง การสูญเสียผลผลิต หรือความล้มเหลวด้านความน่าเชื่อถือขั้นสุดท้ายได้ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสิ่งสำคัญที่สุดและมักถูกละเลยในกระบวนการที่ปราศจากข้อบกพร่องคือการควบคุมความชื้น ประสิทธิภาพสูงสุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ห้องสะอาดเซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัยเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับแนวทางปฏิบัติในการลดความชื้นในห้องสะอาดเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุงอย่างพิถีพิถันโดยให้ความสำคัญกับพารามิเตอร์กระบวนการเฉพาะ

บทบาทของความชื้นในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ความชื้นไม่เพียงแต่เป็นปัจจัยฟุ่มเฟือยเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจัยสำคัญในโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์อีกด้วย ความชื้นที่ไม่ได้รับการควบคุมก่อให้เกิดอันตรายดังต่อไปนี้:

• ออกซิเดชันของพื้นผิวเวเฟอร์ที่ไวต่อแสง
• การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) โดยเฉพาะในสภาวะที่มีความชื้นต่ำ
• การปนเปื้อนของอนุภาคผ่านการเกาะตัวของไอน้ำ
• การกัดกร่อนที่เกิดจากความชื้นในระหว่างขั้นตอนการบรรจุและการทดสอบ

เนื่องจากปัจจุบันอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ผลิตในระดับนาโนเมตร ความเสี่ยงเหล่านี้จึงเพิ่มขึ้น ดังนั้น การควบคุมความชื้นของเซมิคอนดักเตอร์จึงไม่ใช่แค่แนวคิดที่ดี แต่เป็นสิ่งจำเป็นทางเทคนิค

ทำความเข้าใจห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์

โรงงานผลิตสารกึ่งตัวนำ หรือที่เรียกว่า แฟบ (fabs) ถูกสร้างขึ้นโดยมีระดับอนุภาคในอากาศต่ำมาก ความผันผวนของอุณหภูมิ และความชื้น ห้องสะอาดถูกจัดประเภทตามจำนวนและเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคต่อลูกบาศก์เมตรที่ยอมรับได้ตามมาตรฐาน ISO หรือมาตรฐานกลาง 209E

ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ อุปกรณ์ห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์ไม่เพียงแต่ควบคุมการไหลเวียนของอากาศและการกรองเท่านั้น แต่ยังช่วยรักษาอุณหภูมิและความชื้นให้คงที่ด้วย การผสานรวมระบบห้องคลีนรูมต้องมั่นใจว่าพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมมีความสอดคล้องกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานที่ละเอียดอ่อน เช่น การพิมพ์หิน การสะสมไอเคมี (CVD) และการกัดกรด

อุปกรณ์ห้องสะอาดเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญสำหรับการควบคุมสิ่งแวดล้อม

โรงงานสมัยใหม่ใช้อุปกรณ์หลากหลายชนิดที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อตรวจสอบสภาพแวดล้อม ในการควบคุมความสะอาดของอากาศและความชื้น อุปกรณ์ต่อไปนี้มีความสำคัญสูงสุด:

• ตัวกรอง HEPA และ ULPA: กำจัดอนุภาคในอากาศที่มีขนาดเล็กถึง 0.12 ไมครอน ช่วยรักษาความสะอาดของอากาศและควบคุมความชื้นโดยการรักษารูปแบบการไหลของอากาศที่เสถียร
• ระบบ HVAC สำหรับห้องคลีนรูม: ระบบทำความร้อน ระบายอากาศ และปรับอากาศเฉพาะทางได้รับการออกแบบมาให้เหมาะกับพื้นที่แต่ละแห่งในห้องคลีนรูมโดยเฉพาะ
• ระบบตรวจสอบสิ่งแวดล้อม: คอยเฝ้าระวังความชื้น อุณหภูมิ และอนุภาคในอากาศอยู่เสมอ พร้อมแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์และบันทึกข้อมูล
• หน่วยลดความชื้น: หน่วยลดความชื้นที่รวมเข้าในระบบ HVAC ในกรณีส่วนใหญ่ ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการบรรลุจุดน้ำค้างต่ำพิเศษในโซนที่มีความไวสูง

อุปกรณ์ทั้งหมดสำหรับห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์จะต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการบำรุงรักษาต่ำ ความเข้ากันได้ และความน่าเชื่อถือ เพื่อให้มั่นใจถึงเวลาการทำงานและความเสถียรของกระบวนการ

เทคนิคการลดความชื้นในห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

การควบคุมความชื้นที่เหมาะสมที่สุดในห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์ถือเป็นความท้าทายทางเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสภาพแวดล้อมมีความชื้นสูงหรือจุดน้ำค้างต่ำมาก ซึ่งจำเป็นต้องใช้โรงงาน (ต่ำถึง -40°C หรือแม้กระทั่ง -60°C) นั่นคือจุดที่เทคโนโลยีการลดความชื้นในห้องคลีนรูมเซมิคอนดักเตอร์เข้ามามีบทบาท

เทคนิคการลดความชื้นที่ใช้มีดังนี้:

• เครื่องลดความชื้นแบบดูดความชื้น: เครื่องเหล่านี้ใช้สารดูดความชื้นเพื่อทำให้อากาศแห้ง และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ
• เครื่องลดความชื้นแบบทำความเย็น: ทำหน้าที่ลดอุณหภูมิอากาศเพื่อส่งน้ำ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับความต้องการควบคุมความชื้นโดยทั่วไป
• ระบบไฮบริด: สารดูดความชื้นและระบบทำความเย็นผสมผสานกันเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้เงื่อนไขการควบคุมที่เข้มงวด

ระบบต่างๆ มักถูกสร้างขึ้นให้มีความสามารถในการแบ่งโซน โดยที่โซนต่างๆ ของห้องคลีนรูมอาจมีระดับความชื้นที่แตกต่างกันไปตามขั้นตอนของกระบวนการและความไวของอุปกรณ์

ข้อดีของการควบคุมความชื้นของเซมิคอนดักเตอร์แบบบูรณาการ

วิธีการควบคุมความชื้นของเซมิคอนดักเตอร์แบบบูรณาการมีข้อดีในการทำงานหลายประการ:

• ผลผลิตที่เพิ่มขึ้น: ความชื้นที่สม่ำเสมอช่วยป้องกันข้อบกพร่องจากความชื้นและทำให้มีอัตราส่วนของชิปที่ใช้งานได้สูงขึ้น
• ลดระยะเวลาการหยุดทำงาน: ระบบควบคุมสภาพแวดล้อมอัตโนมัติช่วยลดการทำงานจุกจิกและการแก้ไขด้วยตนเองให้เหลือน้อยที่สุด
• การปฏิบัติตามและการรับรอง: การปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 14644 หรือ GMP กลายเป็นเรื่องง่ายด้วยระบบควบคุมที่ยอดเยี่ยมในการดำเนินงาน
• ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ระบบลดความชื้นขั้นสูงสามารถประหยัดพลังงานได้แต่สามารถควบคุมให้อยู่ในขอบเขตที่จำกัด

นอกจากนี้ เนื่องจากโรงงานต่างๆ มีระบบอัตโนมัติและขับเคลื่อนด้วย AI ระบบควบคุมความชื้นจึงถูกบูรณาการเข้ากับระบบอื่นๆ เช่น ระบบดำเนินการผลิต (MES) และระบบจัดการอาคาร (BMS) เพื่อให้สามารถควบคุมจากศูนย์กลางและมีความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ได้

บทสรุป

การควบคุมความชื้นตลอดกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์นั้นถือเป็นเรื่องรองลงมา ถือเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพ ความสม่ำเสมอ และผลกำไร ด้วยการใช้เทคโนโลยีห้องปลอดเชื้อเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงและวิธีการลดความชื้นในห้องปลอดเชื้อเซมิคอนดักเตอร์ที่เหมาะสม โรงงานจึงสามารถบรรลุค่าความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำตามที่กำหนดสำหรับการผลิตชิปรุ่นใหม่

การนำระบบควบคุมความชื้นแบบเซมิคอนดักเตอร์ที่ผสานรวม อัจฉริยะ และประหยัดพลังงานมาใช้ จะช่วยให้คุณสามารถตอบสนองความต้องการที่ขยายตัวของตลาดต่างๆ ตั้งแต่ AI และ IoT ไปจนถึงยานยนต์และอวกาศ ในโลกที่แม้แต่ไมครอนเดียวก็มีความสำคัญ สภาพแวดล้อมที่คุณสร้างขึ้นก็ยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นไปอีก