Sản xuất bán dẫn đòi hỏi độ chính xác rất cao. Khi số lượng bóng bán dẫn được giảm thiểu và mạch điện được tăng lên, ngay cả những biến động nhỏ nhất của môi trường cũng có thể dẫn đến lỗi, giảm năng suất hoặc hỏng hóc cuối cùng. Chắc chắn, khía cạnh quan trọng nhất nhưng bị bỏ qua của một quy trình không lỗi chính là kiểm soát độ ẩm. Hiệu suất cao nhất không chỉ dựa trên thiết bị phòng sạch bán dẫn hiện đại, mà còn dựa trên quy trình khử ẩm phòng sạch bán dẫn được tinh chỉnh tỉ mỉ, tập trung vào các thông số quy trình cụ thể.

Vai trò của độ ẩm trong sản xuất chất bán dẫn

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

• Quá trình oxy hóa bề mặt wafer nhạy cảm
• Phóng tĩnh điện (ESD), đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm thấp
• Ô nhiễm hạt thông qua sự bám dính của hơi nước
• Ăn mòn do độ ẩm trong quá trình đóng gói và thử nghiệm

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

Hiểu về phòng sạch bán dẫn

Các nhà máy sản xuất chất bán dẫn, hay còn gọi là fab, được xây dựng với mức độ hạt lơ lửng trong không khí, biến động nhiệt độ và độ ẩm cực thấp. Phòng sạch được phân loại theo số lượng và đường kính hạt cho phép trên một 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 đúng trong các hoạt động tinh vi như in thạch bản, lắng đọng hơi hóa học (CVD) và khắc.

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

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

• Bộ lọc HEPA và ULPA: Loại bỏ các hạt trong không khí nhỏ tới 0,12 micron, cải thiện độ sạch không khí và kiểm soát độ ẩm bằng cách đảm bảo luồng không khí ổn định.
• Hệ thống HVAC phòng sạch: Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí chuyên dụng được thiết kế riêng cho từng khu vực của 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 theo thời gian thực và ghi dữ liệu.
• Thiết bị khử ẩm: Được tích hợp vào hệ thống HVAC trong hầu hết các trường hợp, đây là động lực chính để đạt được điểm sương cực thấp ở các khu vực có độ nhạy cao.

Tất cả các thiết bị trong phòng sạch bán dẫn phải được thiết kế với khả năng bảo trì thấp, tương thích và độ tin cậy để đảm bảo thời gian hoạt động và tính ổn định của quy trình.

Kỹ thuật khử ẩm phòng sạch bán dẫn tiên tiến

Việc điều chỉnh độ ẩm tối ưu trong phòng sạch bán dẫn là một thách thức công nghệ, đặc biệt là khi độ ẩm môi trường xung quanh cao hoặc rất thấp, đòi hỏi phải có máy móc (thấp tới -40°C hoặc thậm chí -60°C). Đó chính là lúc công nghệ hút ẩm phòng sạch bán dẫn phát huy tác dụng.

Các kỹ thuật khử ẩm được sử dụng là:

• Máy hút ẩm dạng 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 làm lạnh: Làm mát không khí để vận chuyển nước, tối ưu cho nhu cầu kiểm soát độ ẩm nói chung.
• Hệ thống kết hợp: Chất hút ẩm và chất làm lạnh được kết hợp để hoạt động hiệu quả trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt.

Các hệ thống thường được xây dựng với khả năng phân vùng, trong đó các khu vực riêng lẻ của phòng sạch có thể có mức độ ẩm khác nhau tùy theo giai đoạn quy trình và độ nhạy của thiết bị.

Ưu điểm của Kiểm soát độ ẩm bán dẫn tích hợp

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

• Năng suất được cải thiện: Độ ẩm ổn định giúp ngăn ngừa các khuyết tật về độ ẩm và cung cấp tỷ lệ dăm gỗ có thể sử dụng cao hơn.
• Giảm thời gian chết: Hệ thống kiểm soát môi trường tự động giảm thiểu tối đa việc điều chỉnh và gỡ lỗi thủ công.
• Tuân thủ và Chứng nhận: Việc tuân thủ chứng nhận ISO 14644 hoặc GMP trở nên đơn giản hơn khi có hệ thống kiểm soát tuyệt vời.
• Hiệu quả năng lượng: Hệ thống khử ẩm tiên tiến có thể tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn được kiểm soát trong giới hạn chặt chẽ.

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

Phần kết luận

Việc kiểm soát độ ẩm trong suốt quá trình sản xuất chất bán dẫn không chỉ là mối quan tâm thứ yếu—nó là yếu tố nội tại quyết định chất lượng, tính nhất quán và lợi nhuận. Nhờ 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 điện, bạn có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các thị trường, từ AI và IoT đến ô tô và hàng không vũ trụ. Trong một thế giới mà một micron là vô cùng quan trọng, môi trường bạn tạo ra càng trở nên quan trọng hơn.