اتاق های تمیز نیمه هادی چیست؟ در اینجا چیزی است که شما باید بدانید

آیا تا به حال فکر کرده اید که تراشه های کوچک در تلفن هوشمند یا اتومبیل شما بدون شکست به جهان حرکت می کنند؟ جواب در اتاقهای تمیز نیمه هادی است - محیط های کنترل شده ای که حتی یک قطعه از گرد و غبار نیز می تواند یک میکروچیپ کامل را خراب کند. این فضاها قهرمانان ناخوشایند فناوری مدرن هستند و همه چیز را از جدیدترین دستگاه های AI محور گرفته تا تجهیزات پزشکی صرفه جویی در زندگی امکان پذیر می کنند. اما دقیقاً چه چیزی آنها را بسیار مهم می کند و چگونه کار می کنند؟ بیایید شیرجه بزنیم.

درک نیمه هادی ها و اهمیت آنها

نیمه هادی ها چیست؟

نیمه هادی ها موادی هستند - که معمولاً سیلیکون هستند - که برق را تا حدی انجام می دهند و آنها را به ستون فقرات دستگاه های الکترونیکی تبدیل می کنند. آنها را به عنوان پل بین عایق ها (مانند لاستیک) و هادی (مانند مس) فکر کنید. تولید کنندگان سیلیکون خالص را به ویفرهای نازک تبدیل می کنند ، که به عنوان پایه ای برای مدارهای یکپارچه (IC) یا میکروچیپ ها عمل می کنند. این تراشه ها مغز در پشت هر دستگاه الکترونیکی ، از قهوه ساز شما گرفته تا جت های جنگنده است.

چرا نیمه هادی ها به آلودگی حساس هستند؟

در اینجا Catch: نیمه هادی ها بسیار شکننده هستند . حتی یک ذره گرد و غبار (در اندازه حدود 50 میکرون) می تواند در هنگام ساخت تراشه به لایه های نانو آسیب برساند. برای متن ، موهای انسانی تقریباً 75 میکرون ضخامت دارد - بنابراین ما در مورد کوچک صحبت می کنیم. تهدیدهای

•  گرد و غبار و ذرات : می تواند باعث ایجاد مدارهای کوتاه یا مدارهای باز در مدار ظریف شود.

•  برق استاتیک : تخلیه ناگهانی (ESD) می تواند اجزای حساس را سرخ کند و تراشه ها را بی فایده می کند.

•  رطوبت : رطوبت بیش از حد منجر به خوردگی می شود. خیلی کم استاتیک ایجاد می کند.

•  نوسانات دما : حتی یک تغییر 1 درجه سانتیگراد می تواند ویفرها را پیچانده یا واکنشهای شیمیایی را در طول تولید تغییر دهد.

به طور خلاصه ، هرگونه آلودگی می تواند منجر به تراشه های معیوب ، مواد هدر رفته و تاخیر در تولید پرهزینه شود. اینجاست که اتاق های تمیز وارد می شوند.

یک اتاق تمیز نیمه هادی چیست؟

یک اتاق تمیز نیمه هادی  یک محیط مهر و موم شده است که برای از بین بردن آلاینده ها و کنترل دقیق عوامل محیطی طراحی شده است. بر خلاف یک اتاق معمولی 'تمیز' ، این فضاها برای رعایت استانداردهای شدید مهندسی شده اند  :

•  هدف :

ins ذرات موجود در هوا (گرد و غبار ، میکروب ها ، قطرات آئروسل) را به حداقل برسانید.

◦ دمای سخت (20-24 درجه سانتیگراد 1 درجه سانتیگراد) و رطوبت (60-60 ٪ RH ± 5)) را حفظ کنید.

ate از تداخل استاتیک و الکترومغناطیسی جلوگیری کنید.

ate از دقت در طی فرآیندهای مانند فوتولیتوگرافی ، اچ و رسوب اطمینان حاصل کنید.

به عبارت دیگر ، این حباب است که در آن هر مولکول هوا ، هر درجه دما و هر بار استاتیک کنترل و مدیریت می شود.

پاکسازی های نیمه هادی چگونه کار می کنند

تصفیه هوا و کنترل کیفیت

قلب هر اتاق تمیز سیستم تصفیه هوا است. در اینجا نحوه نگه داشتن هوا بکر است:

فیلترهای HEPA و ULPA

•  HEPA (هوای ذرات با راندمان بالا) : 99.97 ٪ ذرات ≥0.3 میکرون را از بین می برد.

•  ULPA (هوای نفوذ فوق العاده کم) : یک قدم جلوتر می رود و 99.9995 ٪ از ذرات ≥0.1 میکرون را به دام می اندازد. واقعیت جالب : یک دفتر استاندارد حدود 35 میلیون ذرات در هر متر مکعب (0.5 میکرون یا بزرگتر) دارد. یک اتاق تمیز ISO 5؟ فقط 3520 ذره.

سیستم های جریان هوا

•  جریان لامینار : هوا به صورت موازی و یکنواخت (مانند کمربند نقاله) حرکت می کند و تلاطم و ذرات را به حداقل می رساند. در مناطق بحرانی مانند دست زدن به ویفر استفاده می شود.

•  جریان آشفته : هوا آزادتر گردش می کند ، مناسب برای مناطق حساس کمتر (به عنوان مثال ، بسته بندی).

استانداردهای ISO

سازمان بین المللی استاندارد سازی (ISO) اتاق های تمیز را بر اساس تعداد ذرات طبقه بندی می کند. برای نیمه هادی ها:

•  ISO 4-6 : برای ساخت (به عنوان مثال ، فوتولیتوگرافی ، اچ) استفاده می شود.

•  ISO 7-8 : مناسب برای آزمایش ، بسته بندی و مونتاژ.

 

کلاس ISO	ذرات ≤5.5 میکرومتر در هر متر مربع	استفاده مشترک در نیمه هادی ها
ISO 4	352	دقت شدید (به عنوان مثال ، لیتوگرافی EUV)
ISO 5	3520	پردازش ویفر
ISO 6	35200	رسوب/اچ
ISO 7	352،000	تست

کنترل های زیست محیطی

تنظیم دما

چرا 20-24 درجه سانتیگراد؟ نوسانات کوچک می تواند باعث انبساط حرارتی یا انقباض تجهیزات و ویفرها شود و منجر به خطاهای تراز در الگوهای تراشه شود. سیستم های پیشرفته HVAC برای حفظ ثبات از آب سرد یا گلیکول استفاده می کنند.

کنترل رطوبت

خیلی خشک = ساخت استاتیک. خیلی مرطوب = قالب یا خوردگی. اتاق های تمیز از Humidifiers/Dehumidifiers استفاده می کنند تا به آن نقطه شیرین 40-60 ٪ RH ضربه بزنند ، اغلب با سنسورهای زمان واقعی که داده ها را به سیستم های کنترل متمرکز تغذیه می کنند.

پیشگیری از ESD

استاتیک دشمن عمومی شماره 1 در اتاقهای تمیز است. راه حل ها شامل:

•  کفپوش ضد استاتیک : مواد رسانا (به عنوان مثال ، کاشی های تزریق مس) که استاتیک را به زمین تخلیه می کنند.

•  یونیزرها : برای خنثی کردن هزینه های استاتیک روی سطوح و هوا ، یونها را منتشر می کنند.

•  لباس های ایمن ESD- : پوشش ، دستکش و روکش کفش ساخته شده از پارچه استاتیک.

اقدامات پیشگیری از آلودگی

پروتکل های پرسنلی

انسانها سلولهای پوستی ، مو و روغن را ریختند - همه آلاینده های بالقوه. قبل از ورود ، کارکنان باید:

• کامل بدن لباس های اسم حیوان دست اموز  (استریل ، پوشش های غیر ریخته گری) را بپوشید.

• از تشک های چسبنده برای از بین بردن زباله ها از کفش استفاده کنید.

• سیاست های 'بدون لمس' را دنبال کنید (به عنوان مثال ، با استفاده از موچین به جای انگشتان).

پاکیزگی مواد و تجهیزات

•  سطوح غیر ریختن : دیوارها و کفها از فولاد ضد زنگ ، اپوکسی یا وینیل ساخته شده اند که مواد غذایی را که پوسته پوسته نمی شوند یا جذب نمی کنند.

•  تجهیزات از پیش تمیز شده : کلیه ابزارها و ماشین آلات قبل از ورود به اتاق تمیز با آب فوق العاده خاکستری (UPW) و اتانول شسته می شوند.

دست زدن به شیمیایی و گاز

برخی از فرآیندهای خاص (به عنوان مثال ، اچ پلاسما) از گازهای سمی مانند سولفور هگزافلوراید (SF6) استفاده می کنند. اتاق های تمیز دارای سیستم های اگزوز اختصاصی برای از بین بردن دود و جلوگیری از پیشگیری از تجهیزات هستند.

طبقه بندی اتاق تمیز نیمه هادی (استانداردهای ISO)

استاندارد ISO 14644-1 استاندارد طلا برای طبقه بندی اتاق تمیز است. در اینجا نحوه تجزیه آن برای نیمه هادی ها آورده شده است:

•  ISO 3-5 : برای کارهای بسیار دقیق مانند لیتوگرافی EUV (ماوراء بنفش شدید) ، که در آن تراشه ها در مقیاس نانومتر قرار دارند ، محفوظ است.

•  ISO 6-8 : برای مراحل حساس کمتر ، مانند داروی ویفرها در تراشه های جداگانه یا بسته بندی آنها استفاده می شود.

در حالی که استانداردهای ISO جهانی هستند ، برخی از صنایع لایه ها را اضافه می کنند:

•  هوافضا (NASA) : برای تراشه ها در ماهواره ها یا موشک ها حتی به محدودیت ذرات سخت تر نیاز دارد.

•  اتومبیل (ASTM) : بر قابلیت اطمینان تراشه ها در محیط های سخت (به عنوان مثال ، زیر کاپوت) تمرکز دارد.

برنامه های کلیدی اتاق های نیمه هادی

ساخت میکروچیپ

اینجاست که جادو اتفاق می افتد:

•  تولید ویفر : سیلیکون خالص ذوب می شود ، به شمش ها کشیده می شود و به ویفرها خرد می شود - همه در اتاق های تمیز ISO 5.

•  فوتولیتوگرافی : از نور برای استفاده از الگوهای مدار بر روی ویفرها استفاده می شود. حتی یک ذره گرد و غبار می تواند الگوی را محو کند ، بنابراین این اتفاق در محیط های 4-5 ISO رخ می دهد.

•  اچینگ و رسوب : گازها و پلاستیک ها حک شده یا لایه هایی را روی ویفر ایجاد می کنند. این فرآیندها محصول جانبی ایجاد می کنند ، بنابراین سیستم های اگزوز بسیار مهم هستند.

لوازم الکترونیکی مصرف کننده

پردازنده تلفن هوشمند شما ، SSD لپ تاپ و سنسور ساعت هوشمند همه در اتاق های تمیز شروع می شود. به عنوان مثال:

•  تراشه های 5 نانومتر TSMC : در آیفون ها مورد استفاده قرار می گیرد ، این موارد برای تمیز کردن اندازه های ترانزیستور کوچک (کوچکتر از ویروس!) به اتاقهای تمیز ISO 4 نیاز دارند.

خودرو و هوافضا

•  اتومبیل های خودران : سنسورهای لیدر و تراشه های هوش مصنوعی برای جلوگیری از تداخل گرد و غبار با نوری دقیق ، به اتاق های تمیز نیاز دارند.

•  فضاپیما : تراشه های ماهواره ها باید در برابر اشعه و دمای شدید مقاومت کنند ، بنابراین ساخت اتاق تمیز هیچ نقص پنهان را تضمین نمی کند.

پزشکی و بیوتکنولوژی

•  دستگاه های قابل کاشت : ضربان سازها و پمپ های انسولین از میکروچیپ های ساخته شده در اتاق های تمیز برای جلوگیری از آلودگی بیولوژیکی استفاده می کنند.

•  ابزارهای تشخیصی : دستگاه های PCR و دستگاه های آزمایشگاهی بر روی تراشه برای نتایج دقیق به تراشه های بی عیب و نقص متکی هستند.

طراحی و ساخت اتاق های تمیز نیمه هادی

ویژگی های طراحی اساسی

اتاق های تمیز ماژولار در مقابل سخت

•  مدولار : پانل های پیش ساخته نصب شده در محل ، ایده آل برای تنظیمات سریع یا مقاوم سازی. مثال: یک راه اندازی ممکن است از یک اتاق تمیز مدولار برای نمونه سازی استفاده کند.

•  Hardwall : به طور دائم در تسهیلات ، با بتن یا دیواره خشک ساخته شده است. توسط غول هایی مانند اینتل برای تولید در مقیاس بزرگ استفاده می شود.

مواد تقسیم کننده استاتیک

•  کفپوش : وینیل یا اپوکسی رسانا با مش مس.

•  دیوارها : آلومینیوم آنودایز شده یا فولاد ضد زنگ ، برای جلوگیری از ساخت ذرات ، صاف است.

•  میزهای کار : ساخته شده از لمینت یا فولاد ضد زنگ ESD ، با تسمه های زمینی داخلی.

اتوماسیون روباتیک

برای کاهش تماس انسان ، بسیاری از اتاق های تمیز استفاده می کنند:

•  AMHS (سیستم های انتقال خودکار مواد) : سلاح های روباتیک که ویفرها را بین ابزارها حمل می کنند.

•  روبات های مشارکتی (COBOTS) : ضمن پایبندی به استانداردهای تمیز ، به کارهای مونتاژ کمک کنید.

ملاحظات فرعی

در زیر اتاق تمیز ، لایه مخفی زیر فاب قرار دارد که در آن آب و برق اداره می شود:

•  آب فوق العاده پاک (UPW) : برای تمیز کردن ویفرها ، UPW بسیار خالص است که تقریباً عاری از یون ها و مواد آلی است.

•  توزیع گاز : گازهای با خلوص بالا (به عنوان مثال ، نیتروژن ، آرگون) لوله کشی می شوند ، در حالی که گازهای اگزوز فیلتر شده یا خرد می شوند.

•  سیستم های HVAC : گیرنده های بزرگ هوا با فیلترهای HEPA/ULPA هوا را از طریق اتاق تمیز چرخه می کنند و اغلب آن را 10 تا 15 بار در دقیقه تغییر می دهند.

ایمنی در اینجا غیر قابل مذاکره است:

•  سرکوب آتش : سیستم های گاز بی اثر (مانند FM200) برای جلوگیری از آسیب آب به تجهیزات.

•  خاموش کردن اضطراری : در صورت نشت یا آتش سوزی برای گاز و برق.

چالش در عملیات تمیز نیمه هادی

حفظ تعداد ذرات فوق العاده کم

حتی با استفاده از فیلترها ، ذرات می توانند از طریق تجهیزات یا نگهداری از آن استفاده کنند. نظارت منظم با پیشخوان های ذرات و نمونه های میکروبی ضروری است.

مصرف انرژی و راندمان هزینه

اتاق های تمیز گرگهای انرژی هستند:

• سیستم های HVAC 40 ٪ از مصرف انرژی Fab را تشکیل می دهند.

• نورپردازی LED و طرفداران سرعت متغیر می توانند هزینه ها را کاهش دهند ، اما سرمایه گذاری های مقدماتی زیاد است.

رعایت استانداردهای در حال تحول

هرچه تراشه ها کوچکتر می شوند (اکنون در 3NM و فراتر از آن هستیم) ، نیازهای اتاق تمیز محکم می شود. به عنوان مثال ، لیتوگرافی EUV نیاز به ISO 3 شرایط - 10 برابر تمیزتر از ISO سنتی 5 دارد.

دست زدن به مواد خطرناک

مواد شیمیایی مانند اسید هیدروفلوئوریک (HF) و گاز سیلان به پروتکل های ایمنی دقیق نیاز دارند ، از جمله:

• کابینت های ذخیره سازی تهویه.

• تجهیزات محافظ شخصی (PPE) فراتر از لباس های بانی استاندارد.

آینده اتاق های تمیز نیمه هادی

ادغام AI و IoT

•  نظارت هوشمند : سنسورها تعداد ذرات ، دما و وضعیت تجهیزات را در زمان واقعی ردیابی می کنند. الگوریتم های AI نیازهای تعمیر و نگهداری را پیش بینی می کنند (به عنوان مثال ، جایگزینی یک فیلتر قبل از گرفتگی).

•  تنظیمات خودکار : در صورت افزایش رطوبت ، دریچه های دارای IoT به طور خودکار جریان آب را در رطوبت ساز تنظیم می کنند.

تصفیه پیشرفته

•  فیلترهای فناوری نانو : برای به دام انداختن ذرات کوچکتر (زیر 0.1 میکرون) توسعه یافته است.

•  سطوح خود تمیز کردن : روکش هایی که گرد و غبار را دفع می کنند یا آلاینده های آلی را از طریق فتوکاتالیز تجزیه می کنند.

اتوماسیون و روباتیک

•  اتاقهای تمیز کاملاً بدون سرنشین : شرکت هایی مانند سامسونگ در حال آزمایش فاب هایی هستند که روبات ها 100 ٪ از تولید را کنترل می کنند و خطرات آلودگی انسان را از بین می برند.

•  چاپ سه بعدی : برای ایجاد وسایل سفارشی یا دریچه هایی با سطوح صاف و بدون ذرات استفاده می شود.

تأثیر اعمال دولت

•  قانون تراشه ها و علوم ایالات متحده (2022) : 52B دلار برای تولید نیمه هادی داخلی ، تقاضای رانندگی برای اتاق های جدید.

•  قانون تراشه های اروپایی : هدف از افزایش تولید تراشه های اتحادیه اروپا به 20 ٪ از تولید جهانی تا سال 2030 است که به صدها اتاق تمیز جدید نیاز دارد.

سؤالات متداول در مورد اتاق های تمیز نیمه هادی

چرا اتاق های تمیز برای تولید نیمه هادی لازم است؟

حتی یک ذره واحد می تواند ترانزیستورهای تراشه را کوتاه کند و منجر به خرابی محصول شود. تمیز کردن اتاق ها اطمینان حاصل می کند که فقط آلاینده های کنترل شده  (در صورت وجود) در طول تولید وجود دارند.

چه تفاوتی بین ISO Class 5 و ISO Class 8 Cleanrooms وجود دارد؟

•  ISO 5 : اجازه می دهد تا 3520 ذره (0.5μm یا کوچکتر) در هر متر مربع. برای مراحل مهم مانند فوتولیتوگرافی استفاده می شود.

•  ISO 8 : اجازه می دهد 352،000 ذرات در هر متر مربع. مناسب برای بسته بندی یا کنترل کیفیت.

چگونه اتاق های تمیز از آسیب استاتیک جلوگیری می کنند؟

از طریق دسته کوچک موسیقی جاز از کفپوش ضد استاتیک ، یونیزرها و مواد ESD-SAFE. حتی صندلی ها و قفسه ها برای از بین بردن استاتیک طراحی شده اند.

هزینه تمیز نیمه هادی چقدر است؟

•  مدولار (ISO 8) : 50،000-200،000 برای یک اتاق کوچک (100-500 متر مربع).

•  Hardwall (ISO 5) : 1M -10M+ برای یک FAB بزرگ ، بسته به اندازه ، فیلترها و اتوماسیون.

آیا می توان امکانات موجود را به اتاقهای تمیز و نیمه هادی ارتقا داد؟

بله ، اما چالش برانگیز است. مقاوم سازی نیاز به آب بندی شکاف ، نصب سیستم های جدید HVAC و جایگزینی مواد با گزینه های غیر ریختن دارد. اتاق های تمیز ماژولار اغلب ساده ترین مسیر ارتقا هستند.

به یک راه حل تمیز نیمه هادی نیاز دارید؟

این که آیا شما در حال تولید مقیاس تولید هستید یا یک طراحی تراشه جدید را راه اندازی می کنید ، همکاری با متخصصان Cleanroom تضمین می کند که تسهیلات شما با بالاترین استانداردها مطابقت دارد. از تنظیمات مدولار گرفته تا فاب های در مقیاس کامل ، طراحی مناسب می تواند هزینه ها را صرفه جویی کند ، بازده را بهبود بخشد و عملکردهای شما را ضد بماند.

امروز راه حل های Custom Cleanroom را کاوش کنید  تا در باز کردن دقیق تقاضای پروژه های نیمه هادی خود را باز کنید.

این مقاله دارای روندهای یکپارچه صنعت ، استانداردهای فنی و برنامه های کاربردی در دنیای واقعی برای ارائه یک راهنمای جامع برای اتاق های نیمه هادی است. با اولویت بندی وضوح و ارتباط ، هدف آن به عنوان یک منبع قابل اعتماد برای تولید کنندگان ، مهندسان و علاقه مندان به فناوری است.