Fabs prowadzą niekończącą się wojnę z zanieczyszczeniem

Fabryki walczą z wieczną wojną o zanieczyszczenia

Autor: Sarah Fister Gale

W fabryce wafli, bez względu na to, jak bardzo się starasz, są pewne bitwy, których nigdy nie wygrasz. Najlepszym, co możesz zrobić, jest odciągnięcie przeciwnika — molekularnej kontaminacji — tak długo, jak to możliwe.

Od początku produkcji wafli operatorzy czystych pomieszczeń toczą wojnę z zanieczyszczeniami, polegając na rosnącym zbiorze filtrów, monitorów i zamkniętych środowisk, aby zapobiec zniszczeniu plonów przez cząstki. Ale za każdy krok naprzód w kontroli zanieczyszczeń, branża robi dwa kroki wstecz, ponieważ malejące geometrie sprawiają, że delikatne materiały i procesy stają się coraz bardziej podatne na jeszcze mniejsze zanieczyszczenia w środowisku.

W dzisiejszym zakładzie, kiedyś nieszkodliwe molekularne zanieczyszczenia mogą teraz uszkadzać powierzchnie i wchodzić w interakcje z energią, wilgocią i innymi chemikaliami w środowisku, tworząc mgły na optyce, przyczepiając się do wafli, a nawet zanieczyszczając mikrośrodowiska, które zostały zaprojektowane, aby je chronić.

„To dziedzina ewoluująca,” przyznaje Mark Camenzind, starszy doradca techniczny w biurze Balazs Analytical Services w Fremont, CA, należącym do Air Liquide Electronics, międzynarodowej grupy przemysłowej specjalizującej się w gazach, chemikaliach, sprzęcie i usługach związanych z półprzewodnikami, przemysłem i medycyną. „W miarę jak kontrola i analiza lotniczej molekularnej kontaminacji (AMC) się poprawia, zdaliśmy sobie sprawę, że jest ona trudna do całkowitej kontroli. To jak obieranie cebuli. Pod każdą warstwą jest kolejna, i jest coś jeszcze do nauczenia się.”

Niestety, podczas gdy postępy w produkcji pozwalają producentom fabryk zmniejszać rozmiar technologii i produkować bardziej skomplikowane komponenty na poziomie mikro, narzędzia używane do walki z zanieczyszczeniami w tych środowiskach produkcyjnych nie rozwijają się tak szybko.

„Całkowite i uniwersalne rozwiązanie dla AMC nadal jest nieuchwytne,” mówi Steven Rowley, kierownik linii produktów molekularnych z Particle Measuring Systems w Boulder, CO, producenta liczników cząstek powietrza, gazu i cieczy. „Ale firmy coraz poważniej podchodzą do monitorowania i strategii kontroli molekularnych, aby zmniejszyć ryzyko.”

Jitze Stienstra, dyrektor ds. marketingu produktu w biurze Entegris w San Diego, CA, którego jednostka biznesowa specjalizuje się w rozwiązaniach kontroli zanieczyszczeń, zgadza się. „Kontrola zanieczyszczeń staje się coraz ważniejsza, ponieważ zmniejszanie rozmiarów linii oznacza, że więcej procesów jest dotkniętych,” mówi.

Stienstra uważa, że podejście wielowarstwowe do „pełnej kontroli zanieczyszczeń” oferuje najlepsze rozwiązanie. Połączenie filtrów wstępnych dla czystego powietrza otoczenia, filtrów chemicznych na poziomie narzędzia i oczyszczaczy punktu użytkowania dla gazów oczyszczających w wysoce wrażliwych zamkniętych środowiskach, które nie mogą mieć kontaktu z powietrzem otoczenia, prowadzi do najbardziej solidnego systemu. „Zaczyna się od otoczenia fabryki, potem przechodzi na poziom narzędzia i mikro,” mówi.

Operatorzy fabryk coraz częściej polegają na monitorowaniu w czasie rzeczywistym, aby uzyskać dokładniejszy obraz tego, co, gdzie i kiedy zanieczyszczenia tworzą problemy w fabryce, szczególnie wokół narzędzi do fotolitografii.

„Każde rozwiązanie musi być dostosowane do potrzeb fabryki, aby operatorzy mogli zarządzać zanieczyszczeniami i rozwiązywać problemy w przystępny sposób,” mówi Stienstra.

Fotolitografia wytycza ścieżkę

Branża produkcji wafli szybko dochodzi do punktu, w którym powietrze otoczenia, nawet filtrowane, nie może być wystarczająco kontrolowane, aby zapobiec utracie plonów w środowisku czystego pomieszczenia, dlatego coraz częściej korzysta się z narzędzi skupiających, zamkniętych środowisk, frontowych modułów (FOUP) i gazów oczyszczających, aby całkowicie uniknąć narażenia na AMC. „Gazy oczyszczające mogą być bardzo czyste dzięki oczyszczaniu, co oznacza, że nie trzeba ich tak często testować, w przeciwieństwie do powietrza otoczenia, które zmienia się co godzinę i idealnie byłoby je stale monitorować,” mówi Camenzind. Jednak ciągłe monitorowanie na niskich poziomach wymagalnych przez Międzynarodową Mapę Drogową Technologii dla Półprzewodników (ITRS) nie zawsze jest dostępne, np. dla tlenków siarki na poziomie pptv. ...

Nie daj się FOUPować

Kiedy materiały nie są w trakcie przetwarzania, FOUP-y, pojemniki i skrzynki na maski są coraz częściej używane jako sposób na zapobieganie kontaktowi delikatnych wafli i masek z zanieczyszczeniami w powietrzu otoczenia, ale i one narażone są na tworzenie nowych problemów zanieczyszczeń poprzez outgassing obudowy i przenikanie z poprzednich procesów, które muszą być starannie kontrolowane.

Camenzind podkreśla, że wszystko w fabryce, od materiałów i smarów używanych na narzędziach i pojemnikach po same kroki procesowe, ma potencjał do tworzenia zanieczyszczeń, które mogą wpływać na plony.

„Za każdym razem, gdy znajdziesz rozwiązanie, musisz się upewnić, że lekarstwo nie jest gorsze od choroby,” mówi. ...

Podążaj za przepływem

Oprócz zamkniętych środowisk, operatorzy fabryk muszą również uważnie monitorować ogólne środowisko czystego pomieszczenia i zwracać uwagę na przepływ powietrza, mówi Keith Kibbee, inżynier mechanik w biurze CH2M HILL w Portland, OR, pełnej obsługi firmy inżynieryjnej, budowlanej i operacyjnej. Kibbee, który wykonuje modelowanie przepływu powietrza 3D dla klientów czystych pomieszczeń, zauważa, że zmiany w czystym pomieszczeniu (np. dodanie nowego sprzętu) mogą zakłócić przepływ powietrza, powodując zatory lub efekty falowania, wpływając na przepływ powietrza w jednostkach filtrujących wentylatorów i ograniczając optymalną recyrkulację powietrza. ...

Jedno oko otwarte

Bez względu na rozwiązanie lub ich kombinację, które fabryka stosuje, wszystko opiera się na monitorowaniu. A ponieważ mniejsze i niższe poziomy zanieczyszczeń stanowią większe ryzyko, monitorowanie online w czasie rzeczywistym staje się normą — przynajmniej wokół krytycznych etapów przetwarzania i obsługi.

„Musisz coś monitorować, żeby wiedzieć, że to tam jest,” mówi Rowley z Particle Measuring Systems, który przewiduje, że nastąpi stopniowa zmiana z okresowego pobierania próbek na monitorowanie w czasie rzeczywistym o wysokiej czułości w krytycznych obszarach fabryki. „Gdy monitorujesz, możesz powiązać dane z wydajnością procesu, wymogami gwarancyjnymi, kosztami przestoju i kosztami konserwacji. Jeśli firmy będą w stanie opanować te dane, zobaczą wartość monitorowania.” ...

Znajdowanie równowagi

„Dla firm to przewaga konkurencyjna, wiedzieć, jak zarządzać i obsługiwać molekularne zanieczyszczenia w czystym pomieszczeniu,” mówi Rowley, który sugeruje, że branża nie poszła tak daleko, jak powinna. „Większość firm trzyma swoje techniki i strategie monitorowania AMC w tajemnicy, ponieważ ci, którzy robią to dobrze, zyskują kluczowe dziesiąte części procenta do kilku procent wzrostu wydajności — co ma ogromne znaczenie w tak konkurencyjnej branży.”

„Ostatecznie, osiągnięcie stanu braku zanieczyszczeń jest nieopłacalne,” mówi Camenzind. „Najbardziej praktycznym inżynierskim rozwiązaniem kontroli zanieczyszczeń jest ustalenie, jaki jest rozsądny limit dla każdego kroku na podstawie procesu, a następnie utrzymanie poziomów poniżej tego limitu i monitorowanie, aby upewnić się, że się go osiąga.” ...