Fabs bojují s nikdy nekončící válkou proti kontaminaci

Fabs bojují s nikdy nekončící válkou proti kontaminaci

Od Sarah Fister Gale

Ve výrobním závodě na výrobu waferů, bez ohledu na to, jak tvrdě bojujete, jsou některé bitvy, které nikdy nevyhrajete. To nejlepší, co můžete udělat, je odolat svému nepříteli – molekulární kontaminaci – co nejdéle.

Od začátku výroby waferů bojovali operátoři v čistých místnostech s kontaminanty, spoléhající na rostoucí sbírku filtrů, monitorů a uzavřených prostředí, aby zabránili částicím zničit jejich výnosy. Ale za každý krok vpřed v kontaminaci kontrole, který podnik udělá, udělá průmysl dva kroky zpět, protože zmenšující se geometrie činí jemné materiály a výrobní kroky stále náchylnější k ještě menším kontaminantům v prostředí.

V dnešním závodě mohou nyní neškodné molekulární kontaminanty poškodit povrchy a interagovat s energií, vlhkostí a dalšími chemikáliemi v prostředí, což vytváří mlhy na optice, přichytávají se na waferech a dokonce kontaminují minienvironmenty, které byly navrženy tak, aby je chránily.

„Je to vyvíjející se oblast,“ přiznává Mark Camenzind, senior technický poradce v kanceláři Balazs Analytical Services v Fremontu, Kalifornie, která je součástí Air Liquide Electronics, mezinárodní průmyslové skupiny specializující se na polovodičové, průmyslové a lékařské plyny, chemikálie, zařízení a související služby. „Jak se lepší kontrola a analýza vzdušné molekulární kontaminace (AMC), uvědomujeme si, že je těžké ji úplně kontrolovat. Je to jako loupat cibuli. Pod každou vrstvou je další vrstva a něco dalšího, co se máme naučit.“

Bohužel, zatímco pokroky ve výrobě umožňují výrobcům zmenšovat jejich technologie a vyrábět složitější komponenty na mikroúrovni, nástroje používané k boji s kontaminanty v těchto výrobních prostředích se nevyvíjejí tak rychle.

„Kompletní a univerzální řešení AMC je stále nedosažitelné,“ říká Steven Rowley, manažer produktové řady molekulární kontaminace pro Particle Measuring Systems, výrobce vzduchových, plynových a kapalných částicových měřičů v Boulderu, Colorado, „ale společnosti se začínají vážněji zabývat monitorováním a kontrolními strategiemi molekulární kontaminace, aby zmírnily rizika.“

Jitze Stienstra, ředitel marketingu produktů v kanceláři Entegris v San Diegu, Kalifornie, jejíž podniková jednotka pro řešení kontroly kontaminace se specializuje na tyto otázky, souhlasí. „Kontrola kontaminace se stává stále důležitější, protože zmenšování linek znamená, že je ovlivněno více procesů,“ říká.

Stienstra věří, že vícevrstový přístup k „celkové kontrole kontaminace“ nabízí nejlepší řešení. Kombinace předfiltrů pro čistý okolní vzduch, chemických filtrů na úrovni nástroje a bodových čističů pro purge plyny v vysoce citlivých uzavřených prostředích, která nemohou přijít do kontaktu s okolním vzduchem, vede k nejrobustnějšímu systému. „Začíná to s okolím závodu, pak přechází na úroveň nástroje a mikroúroveň,“ říká.

Operátoři závodů také více spoléhají na monitorování v reálném čase, aby získali přesnější představu o tom, co, kde a kdy kontaminace způsobuje problémy v závodě, zejména kolem fotolitografických nástrojů.

„Každé řešení musí být přizpůsobeno potřebám závodu, aby mohli operátoři řídit kontaminaci a řešit problémy za dostupnou cenu,“ říká Stienstra.

Fotolitografie ukazuje cestu

Průmysl výroby waferů rychle dospívá do bodu, kdy okolní vzduch, dokonce i filtrovaný okolní vzduch, již nemůže být dostatečně kontrolován, aby zabránil ztrátám výnosu v prostředí čisté místnosti, a tak lidé stále častěji používají shlukové nástroje, uzavřená prostředí, frontální jednotky (FOUPs) a purge plyny, aby se úplně vyhnuli expozici AMC. „Purge plyn může být velmi čistý díky purifikaci, což znamená, že ho nemusíte tak často testovat, na rozdíl od okolního vzduchu, který se mění každou hodinu a ideálně by měl být neustále monitorován,“ říká Camenzind. Nicméně, nepřetržité monitorování na nízkých úrovních požadovaných Mezinárodní technologickou mapou pro polovodiče (ITRS) není vždy dostupné, například pro oxidy síry na pptv úrovni. ...

Nebuďte FOUPovaní

Když materiály nejsou ve výrobě, FOUPy, kontejnery a retikulové boxy se stále častěji používají jako způsob, jak zabránit jemným waferům a maskám v kontaktu s kontaminanty v okolním vzduchu, ale i ty mají riziko vytváření nových problémů s kontaminací prostřednictvím uvolňování plynů z uzávěru a přenášení z předchozích procesů, které musí být pečlivě řízeny.

Camenzind upozorňuje, že vše v závodě, od materiálů a maziv používaných na nástrojích a kontejnerech po samotné výrobní kroky, má potenciál vytvářet kontaminaci, která může ovlivnit výnos.

„Kdykoli najdete řešení, musíte si být jisti, že lék není horší než nemoc,“ říká. ...

Jděte s proudem

Vedle uzavřených prostředí musí operátoři závodů také pečlivě sledovat celkové prostředí čisté místnosti a věnovat pozornost proudění vzduchu, říká Keith Kibbee, strojní inženýr v kanceláři CH2M HILL v Portlandu, Oregon, který provádí modelování proudění vzduchu ve 3D pro klienty v čistých místnostech. Kibbee poznamenává, že změny v čisté místnosti (například přidání nového zařízení) mohou narušit proudění vzduchu, způsobit zablokování nebo vlnové efekty, ovlivnit průtok vzduchu ve větracích jednotkách a omezit optimální recirkulaci vzduchu. ...

Jedno oko otevřené

Ať už závod používá jakékoli řešení nebo jejich kombinaci k prevenci, kontrole či zmírnění kontaminace, vše závisí na monitorování. A protože menší a nižší úrovně kontaminantů představují větší rizika, stává se monitorování v reálném čase online normou – alespoň kolem kritických výrobních a manipulačních kroků.

„Musíte něco monitorovat, abyste věděli, že je tam,“ říká Rowley z Particle Measuring Systems, který předpovídá, že se bude pokračovat v posunu od periodického vzorkování k monitorování s vysokou citlivostí v reálném čase v kritických oblastech závodu. „Jakmile monitorujete, můžete data korelovat s výnosem procesu, požadavky na záruku, náklady na odstávky a údržbu. Pokud se společnosti podaří získat kontrolu nad těmito daty, uvidí hodnotu monitorování.“ ...

Najděte rovnováhu

„Je to konkurenční výhoda, když firmy vědí, jak řídit a zvládat molekulární kontaminaci v čisté místnosti,“ říká Rowley, který naznačuje, že průmysl zatím nešel tak daleko, jak by měl. „Většina společností drží své techniky a strategie monitorování a kontroly AMC v tajnosti, protože ti, kteří to dělají dobře, získávají kritické desetiny procenta až několik procent výnosu – což v tak konkurenčním odvětví dělá obrovský rozdíl.“

„Na konci dne, dosáhnout úplného bezkontaminace nedává finanční smysl,“ říká Camenzind. „Nejpraktičtější inženýrství kontroly kontaminace je zjistit, jaká je rozumná mez pro každý krok na základě procesu, pak udržovat úrovně pod touto mezí a sledovat, zda ji dosahujete.“ ...