A gyárak küzdenek a szennyezés elleni örökös háborúban

Fabs harcolnak a szennyezés örökös háborúja ellen

Sarah Fister Gale által

A wafergyártásban, bármennyire is harcolsz, vannak csaták, amelyeket soha nem fogsz megnyerni. A legjobb, amit tehetsz, hogy minél tovább késlelteted az ellenségedet – a molekuláris szennyeződést – ameddig csak lehet.

A wafergyártás kezdete óta a tisztatéri operátorok háborút vívnak a szennyeződések ellen, egyre növekvő szűrők, monitorok és zárt környezetek gyűjteményére támaszkodva, hogy megakadályozzák a részecskék összetörését a hozamukban. De minden lépésnél, amit a szennyeződés elleni védekezésben tesznek, az ipar két lépéssel hátrafelé halad, mivel a geometria zsugorodása érzékeny anyagokat és feldolgozási lépéseket tesz egyre inkább fogékonnyá még kisebb környezeti szennyeződésekre is.

A mai gyártóüzemben a már ártalmatlannak tűnő molekuláris szennyeződések most már károsíthatják a felületeket, és kölcsönhatásba léphetnek az energia, a nedvesség és más vegyszerek környezetében, hogy ködöt hozzanak létre a optikai eszközökön, megtapadjanak a wafereken, sőt még a minienvironmenteket is szennyezhetik, amelyeket éppen azok védelmére terveztek.

„Ez egy fejlődő terület,” ismeri el Mark Camenzind, a Fremont, CA-i Balazs Analytical Services irodájának senior technikai tanácsadója az Air Liquide Electronics nemzetközi ipari csoportnál, amely félvezető, ipari és orvosi gázokat, vegyszereket, berendezéseket és kapcsolódó szolgáltatásokat gyárt. „Amint a levegőben lévő molekuláris szennyeződés (AMC) jobban kontrollálhatóvá és elemezhetővé válik, rájöttünk, hogy nehéz teljesen irányítani. Olyan, mint egy hagyma hámozása. Minden réteg alatt van egy másik réteg, és van valami, amit még tanulnunk kell.”

Sajnos, míg a gyártás fejlődése lehetővé teszi a gyártók számára, hogy zsugorítsák technológiájukat és összetettebb alkatrészeket gyártsanak mikro szinten, az eszközök, amelyeket a szennyeződések elleni küzdelemhez használnak, nem fejlődnek olyan gyorsan.

„Még mindig nem létezik teljes és univerzális megoldás az AMC-re,” mondja Steven Rowley, a Particle Measuring Systems molekuláris szennyeződés terméksorának menedzsere Boulderben, CO-ban, „de a cégek egyre komolyabban vizsgálják a molekuláris szennyeződés monitorozását és kontrollját, hogy mérsékeljék a kockázatokat.”

Jitze Stienstra, a San Diego, CA-i Entegris termékmenedzsere, akinek szennyeződéskontroll megoldás üzletága ezekkel a kérdésekkel foglalkozik, egyetért. „A szennyeződéskontroll egyre fontosabbá válik, mivel a vonalméretek csökkenése miatt több folyamat érintett,” mondja.

Stienstra úgy véli, hogy a „teljes szennyeződéskontroll” több szintű megközelítése a legjobb megoldás. A tiszta környezeti levegő előszűrői, a vegyszeres szűrők a szerszám szintjén, és a pontonkénti tisztítók a felhasználási helyen, a magas érzékenységű zárt környezetekben, amelyek nem érintkezhetnek a környezeti levegővel, a legrobosztusabb rendszert eredményezik. „Ez a gyártási környezettől indul, majd a szerszám szintjére és a mikro szintre megy,” mondja.

A gyártóüzem operátorai egyre inkább támaszkodnak valós idejű monitorozásra, hogy pontosabb képet kapjanak arról, mi, hol és mikor okoz problémát a gyártásban, különösen a fotolitográfiai eszközök körül.

„Minden megoldást személyre kell szabni a gyár igényei szerint, hogy az operátorok kezelni tudják a szennyeződést és megoldják a problémákat megfizethető módon,” mondja Stienstra.

A fotolitográfia nyomot hagy

A wafergyártó ipar gyorsan eléri azt a pontot, ahol a környezeti levegő, még szűrt levegő sem kontrollálható eléggé a hozamveszteség megelőzése érdekében a tisztatéri környezetben, ezért egyre inkább a klaszter szerszámokat, zárt környezeteket, frontális nyitású egységeket (FOUP-okat) és purgáló gázokat alkalmaznak, hogy teljesen elkerüljék az AMC-nek való kitettséget. „A purgáló gáz nagyon tisztává tehető tisztítással, így nem kell olyan gyakran tesztelni, mint a környezeti levegőt, amely óránként változik, és ideálisan folyamatosan monitorozni kellene,” mondja Camenzind. Azonban a folyamatos monitorozás az ITRS által előírt alacsony szinteken nem mindig elérhető, például kén-dioxid esetében pptv szinteken. ...

Ne legyél FOUP-olva

Amikor az anyagokat nem dolgozzák fel, a FOUP-okat, podokat és retikül dobozokat egyre gyakrabban használják arra, hogy megakadályozzák a finom waferek és maszkok érintkezését a környezeti szennyeződésekkel, de ezek is kockázatot jelentenek új szennyeződések kialakulására az elszivárgás és a korábbi folyamatokból származó átadás révén, amit gondosan ellenőrizni kell.

Camenzind rámutat, hogy minden a gyártóban, az anyagoktól és kenőanyagoktól kezdve a szerszámokon és tartályokon át a folyamat lépésekig, potenciálisan szennyeződést okozhat, ami befolyásolhatja a hozamot.

„Bármikor, amikor megoldást találsz, biztosnak kell lenned abban, hogy a gyógyír nem rosszabb, mint a betegség,” mondja. ...

Az áramlással haladj

A zárt környezetek mellett a gyártóüzem operátorainak szoros figyelemmel kell kísérniük a tisztatéri környezetüket, és különösen figyelniük kell a légáramlásra, mondja Keith Kibbee, a Portland, OR-i CH2M HILL mérnöki cég gépészmérnöke. Kibbee, aki 3D légáramlási modellezést végez tisztatéri ügyfelek számára, megjegyzi, hogy a környezet változásai (például egy új berendezés hozzáadása) megzavarhatják a légáramlást, elzáródásokat vagy hullámhatásokat okozva, amelyek befolyásolják a ventilátor szűrő egységek légáramlási sebességét, és korlátozzák az optimális levegőkeringést. ...

Egy szemet nyitva

Bármilyen megoldás vagy megoldáskombináció, amit a gyár alkalmaz a szennyeződések megelőzésére, ellenőrzésére vagy mérséklésére, mind a monitorozáson múlik. És mivel a kisebb és alacsonyabb szinteken lévő szennyeződések nagyobb kockázatot jelentenek, a valós idejű online monitorozás egyre inkább a normává válik – különösen a kritikus feldolgozási és kezelési lépések körül.

„Valamit meg kell figyelni, hogy tudjuk, ott van,” mondja a Particle Measuring Systems Rowley, aki előrejelzi, hogy folyamatosan el fog fordulni a periódikus mintavételről a valós idejű, nagy érzékenységű monitorozásra a gyár kritikus területein. „Amint figyelemmel kíséred, összekapcsolhatod az adatokat a folyamat hozamával, garanciális követelményekkel, a leállási költségekkel és a karbantartási költségekkel. Ha a cégek meg tudják érteni ezeket az adatokat, megláthatják a monitorozás értékét.” ...

Az egyensúly megtalálása

„Versenyelőny, ha a cégek tudják, hogyan kezeljék és irányítsák a molekuláris szennyeződést a tisztatéri környezetben,” mondja Rowley, aki szerint az ipar nem ment el olyan messzire, amennyire kellene. „A legtöbb cég zártan tartja az AMC monitorozási és kontrolltechnikáit és stratégiáit, mert azok, akik jól csinálják, kritikus tized százalékoktól néhány százalékos hozamnövekedést érnek el – ami hatalmas különbséget jelent egy ilyen versenyképes iparágban.”

„Végül is, a teljes szennyeződésmentesség elérése nem gazdaságilag értelmezhető,” mondja Camenzind. „A legpraktikusabb szennyeződéskontroll-tervezés az, hogy kitaláljuk, mi a reális határ minden lépésnél a folyamat alapján, majd fenntartjuk a szinteket ezen a határon belül, és monitorozunk, hogy biztosak legyünk benne, elértük-e,” mondja. ...