Sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi độ chính xác rất cao. Khi số lượng transistor được thu nhỏ và mạch điện được tăng lên, ngay cả những biến đổi nhỏ nhất về môi trường cũng có thể dẫn đến lỗi, giảm năng suất hoặc hỏng hóc về độ tin cậy. Không nghi ngờ gì nữa, khía cạnh quan trọng nhất và thường bị bỏ qua trong một quy trình không có lỗi chính là kiểm soát độ ẩm. Hiệu suất tối ưu không chỉ dựa trên thiết bị phòng sạch bán dẫn hiện đại mà còn dựa trên các phương pháp khử ẩm trong phòng sạch bán dẫn được tinh chỉnh một cách cẩn thận với các thông số quy trình cụ thể được tập trung vào.

Vai trò của độ ẩm trong sản xuất chất bán dẫn

Độ ẩm không chỉ là một yếu tố xa xỉ mà còn là một yếu tố quan trọng trong các nhà máy sản xuất chất bán dẫn. Độ ẩm không được kiểm soát sẽ gây ra những nguy hiểm sau:

• Quá trình oxy hóa các bề mặt wafer nhạy cảm
• Hiện tượng phóng điện tĩnh (ESD), đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm thấp.
• Ô nhiễm hạt do sự bám dính của hơi nước
• Sự ăn mòn do hơi ẩm gây ra trong quá trình đóng gói và kiểm tra.

Vì các thiết bị bán dẫn ngày nay được sản xuất ở quy mô nanomet, nên những rủi ro này càng tăng lên. Do đó, kiểm soát độ ẩm trong sản xuất bán dẫn không chỉ là một ý tưởng hay mà còn là một yêu cầu kỹ thuật bắt buộc.

Tìm hiểu về phòng sạch bán dẫn

Các nhà máy sản xuất chất bán dẫn, hay còn gọi là các xưởng sản xuất, được xây dựng với mức độ hạt trong không khí cực thấp, sự dao động nhiệt độ và độ ẩm thấp. Phòng sạch được phân loại dựa trên số lượng và đường kính hạt cho phép trên mỗi mét khối theo tiêu chuẩn ISO hoặc tiêu chuẩn liên bang 209E.

Trong môi trường này, thiết bị phòng sạch bán dẫn không chỉ điều chỉnh luồng không khí và lọc mà còn ổn định nhiệt độ và độ ẩm. Việc tích hợp các hệ thống phòng sạch phải đảm bảo các thông số môi trường được hài hòa. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hoạt động tinh vi như quang khắc, lắng đọng hơi hóa học (CVD) và khắc axit.

Thiết bị phòng sạch bán dẫn quan trọng cho kiểm soát môi trường

Các nhà máy sản xuất chất bán dẫn hiện đại sử dụng nhiều thiết bị hiệu suất cao để giám sát điều kiện môi trường. Trong việc kiểm soát độ sạch không khí và độ ẩm, các thiết bị sau đây là quan trọng nhất:

• Bộ lọc HEPA và ULPA: Loại bỏ các hạt trong không khí nhỏ đến 0,12 micron, đảm bảo độ sạch không khí và kiểm soát độ ẩm bằng cách duy trì luồng không khí ổn định.
• Hệ thống HVAC phòng sạch: Các hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí chuyên dụng được thiết kế riêng cho từng khu vực trong phòng sạch.
• Hệ thống giám sát môi trường: Luôn theo dõi độ ẩm, nhiệt độ và các hạt bụi trong không khí, cung cấp cảnh báo và ghi nhật ký dữ liệu theo thời gian thực.
• Các thiết bị hút ẩm: Được tích hợp vào hệ thống HVAC trong hầu hết các trường hợp, đây là yếu tố then chốt giúp đạt được điểm sương cực thấp ở các khu vực nhạy cảm cao.

Tất cả thiết bị cho phòng sạch bán dẫn phải được thiết kế với tiêu chí ít cần bảo trì, tương thích và đáng tin cậy để đảm bảo thời gian hoạt động và sự ổn định của quy trình.

Các kỹ thuật khử ẩm phòng sạch bán dẫn tiên tiến

Việc điều chỉnh độ ẩm tối ưu trong phòng sạch sản xuất chất bán dẫn là một thách thức công nghệ, đặc biệt khi môi trường có độ ẩm xung quanh cao hoặc điểm sương rất thấp, đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp (thậm chí -40°C hoặc -60°C). Đó là lúc công nghệ hút ẩm cho phòng sạch sản xuất chất bán dẫn phát huy tác dụng.

Các kỹ thuật hút ẩm được sử dụng bao gồm:

• Máy hút ẩm bằng chất hút ẩm: Loại máy này sử dụng vật liệu hút ẩm để làm khô không khí và lý tưởng cho các ứng dụng có độ ẩm tương đối thấp.
• Máy hút ẩm dựa trên nguyên lý làm lạnh: Chúng làm lạnh không khí để vận chuyển hơi nước, tối ưu cho nhu cầu kiểm soát độ ẩm nói chung.
• Hệ thống lai: Chất hút ẩm và hệ thống làm lạnh được kết hợp để hoạt động hiệu quả trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt.

Các hệ thống này thường được thiết kế với khả năng phân vùng, trong đó các khu vực riêng biệt của phòng sạch có thể có mức độ ẩm khác nhau tùy thuộc vào giai đoạn xử lý và độ nhạy của thiết bị.

Ưu điểm của việc kiểm soát độ ẩm tích hợp trong chất bán dẫn

Phương pháp kiểm soát độ ẩm tích hợp trong chất bán dẫn có một số ưu điểm vận hành:

• Năng suất được cải thiện: Độ ẩm ổn định ngăn ngừa các lỗi do độ ẩm và mang lại tỷ lệ chip sử dụng được cao hơn.
• Giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động: Hệ thống điều khiển môi trường tự động giảm thiểu tối đa các thao tác thủ công và gỡ lỗi.
• Tuân thủ và Chứng nhận: Việc tuân thủ tiêu chuẩn ISO 14644 hoặc chứng nhận GMP trở nên đơn giản hơn với các hệ thống kiểm soát hoạt động hiệu quả.
• Hiệu quả năng lượng: Các hệ thống hút ẩm tiên tiến có thể tiết kiệm năng lượng mà vẫn được kiểm soát chặt chẽ.

Ngoài ra, với việc các nhà máy sản xuất được tự động hóa và vận hành bằng trí tuệ nhân tạo, các hệ thống kiểm soát độ ẩm đang được tích hợp vào các hệ thống khác, chẳng hạn như hệ thống quản lý sản xuất (MES) và hệ thống quản lý tòa nhà (BMS), để được điều khiển tập trung và có khả năng bảo trì dự đoán.

Phần kết luận

Kiểm soát độ ẩm trong toàn bộ quy trình sản xuất chất bán dẫn không chỉ là vấn đề thứ yếu mà còn là yếu tố then chốt đảm bảo chất lượng, tính nhất quán và lợi nhuận. Bằng cách sử dụng công nghệ phòng sạch bán dẫn tiên tiến và các phương pháp khử ẩm phòng sạch bán dẫn phù hợp, các nhà máy có thể đạt được dung sai chính xác cần thiết để sản xuất chip thế hệ tiếp theo.

Bằng cách áp dụng các hệ thống kiểm soát độ ẩm bán dẫn tích hợp, thông minh và tiết kiệm năng lượng, bạn sẽ có được vị thế để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các thị trường từ trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT) đến ô tô và hàng không vũ trụ. Trong một thế giới mà từng micron đều vô cùng quan trọng, môi trường bạn tạo ra thậm chí còn quan trọng hơn.