Cách quản lý phòng sạch trong quy trình sản xuất chip

Sản xuất chip là một trong những lĩnh vực có yêu cầu môi trường sạch nghiêm ngặt nhất trong ngành công nghệ hiện nay. Việc quản lý phòng sạch liên quan trực tiếp đến năng suất, hiệu suất và độ tin cậy của chip. Sau đây là những điểm chính của quản lý phòng sạch trong sản xuất chip:

1. Yêu cầu về cấp độ phòng sạch
Tiêu chuẩn: Tuân thủ tiêu chuẩn ISO 14644-1. Sản xuất chip thường yêu cầu ISO 1-3 (tức là số lượng hạt ≥0,1μm trên một mét khối không khí là ≤10-1.000).

So sánh:

Phòng phẫu thuật bệnh viện đa khoa ≈ ISO 7

Khu vực in thạch bản chip ≈ ISO 1 (thậm chí một phần đạt Cấp độ 10, tức là số lượng hạt ≥0,1μm trên một feet khối là ≤10).

2. Các biện pháp quản lý chính
(1) Kiểm soát nhân sự
Quy định nghiêm ngặt về ra vào:

Trước khi vào, cần phải đi qua buồng tắm khí để loại bỏ các hạt trên bề mặt.

Mặc quần áo chống bụi (Bộ đồ thỏ), khẩu trang, găng tay, giày chống tĩnh điện, và một số khu vực yêu cầu đeo găng tay kép + khẩu trang.

Hạn chế về hành vi:

Cấm trang điểm và trang sức (có thể làm phát tán các hạt).

Di chuyển chậm trong quá trình vận hành để giảm nhiễu loạn.

(2) Quản lý thiết bị
Chống rung và chống tĩnh điện:

Lắp đặt thiết bị Hệ thống hấp thụ sốc chủ động (như bệ nổi khí) để ngăn rung động ảnh hưởng đến độ chính xác của quang khắc.

Tất cả dụng cụ và vật mang phải đạt chứng nhận ESD (điện trở bề mặt ≤ 10^9Ω).

Thiết kế tự làm sạch:

Sử dụng vật liệu thép không gỉ hoặc Teflon để giảm sự hấp thụ hạt.

Thiết bị được trang bị hệ thống dòng chảy tầng cục bộ (FFU) bao phủ các khu vực chính.

(3) Kiểm soát vật liệu
Vật liệu có độ tinh khiết cực cao:

Các tấm silicon và hóa chất (chất cản quang, dung dịch khắc) phải đáp ứng các tiêu chuẩn SEMI (như tạp chất kim loại < 0,1ppb).

Bao bì sử dụng công nghệ hút chân không + túi chống tĩnh điện, phải được làm sạch sơ bộ trong phòng sạch trước khi mở.

Quy trình vận chuyển:

Vào và ra khỏi khu vực sạch thông qua cửa sổ vận chuyển hai lớp (Hộp chuyển mạch liên động) hoặc cabin cách ly vi mô.

(4) Kiểm soát môi trường
Hệ thống lọc không khí:

Bộ lọc HEPA/ULPA (hiệu suất lọc các hạt 0,1μm ≥99,9995%).

Sử dụng dòng chảy tầng thẳng đứng (Dòng chảy đơn hướng), kiểm soát tốc độ gió 0,3-0,5m/s.

Chênh lệch áp suất, nhiệt độ và độ ẩm:

Phòng sạch duy trì áp suất dương +15Pa cho hành lang, và chênh lệch áp suất gradient ở các khu vực khác nhau ≥5Pa.

Nhiệt độ 22±0,5℃, độ ẩm 45±5% (để ngăn ngừa biến dạng màng cản quang và tích tụ tĩnh điện).

(5) Giám sát và kiểm định
Giám sát thời gian thực:

Máy đếm hạt laser (liên tục giám sát các hạt lớn hơn 0,1μm).

Điện kế (đảm bảo điện áp tĩnh <±50V).

Kiểm định định kỳ:

Kiểm tra tốc độ gió, lưu lượng khí và thời gian tự làm sạch theo tiêu chuẩn ISO 14644-3.

Lấy mẫu vi sinh vật trên bề mặt (đặc biệt là khu vực tiếp xúc của wafer).

3. Quản lý các khu vực quy trình đặc biệt
Khu vực quy trình Trọng tâm quản lý
Khu vực quang khắc Môi trường ISO Class 1 cục bộ, kiểm soát rung động (biên độ <1nm), chiếu sáng bằng đèn vàng (tránh tiếp xúc với chất cản quang).

Khắc/lắng đọng Xử lý khí thải (để ngăn chặn sự khuếch tán khí axit), thiết bị phải được trang bị bộ lọc AMC (chất gây ô nhiễm phân tử khí).

Xử lý wafer Sử dụng robot hoặc xe tự hành (AGV) để giảm thiểu tiếp xúc thủ công.

4. Những thách thức và giải pháp chung
Thách thức 1: Ô nhiễm hạt nano
→ Sử dụng quạt ion hóa để trung hòa hấp phụ tĩnh điện và nâng cấp lên bộ lọc ULPA.

Thách thức 2: Hư hỏng do tĩnh điện (ESD)
→ Nối đất toàn bộ nhân viên/thiết bị và sử dụng sàn chống tĩnh điện bằng sợi carbon.

Thách thức 3: Ô nhiễm chéo
→ Quản lý phân vùng nghiêm ngặt (chẳng hạn như cách ly vật lý khu vực chất cản quang và khu vực khắc).

5. Tham chiếu tiêu chuẩn công nghiệp
Tiêu chuẩn SEMI (chẳng hạn như thông số kỹ thuật chống tĩnh điện SEMI F21-1102).

ITRS (Lộ trình Công nghệ Quốc tế cho Chất bán dẫn) có các yêu cầu hướng tới tương lai về độ sạch.

Kiểm soát nội bộ của doanh nghiệp: Các tiêu chuẩn cực kỳ nghiêm ngặt của các nhà sản xuất như TSMC và Intel (chẳng hạn như yêu cầu về độ sạch cho quy trình ≤5nm)