Γιατί ένα καθαρό δωμάτιο με ημιμονωτικό υπόστρωμα SiC απαιτεί πρόσθετη ηλεκτρομαγνητική προστασία;

Τα ημιμονωτικά υπόστρωμα SiC έχουν συνήθως αντίσταση μεγαλύτερη από1 × 107 Ω·cmκαι χρησιμοποιούνται ευρέως σε5G ενισχυτές ισχύος ραδιοσυχνοτήτων, συσκευές υψηλής συχνότητας και εξαρτήματα σταθμού βάσηςΣε αντίθεση με τα αγωγικά υπόστρωμα SiC, τα ημιμονωτικά υπόστρωμα παρουσιάζουν διαφορετικές αντιδράσεις στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και την ηλεκτροστατική συσσώρευση λόγω της υψηλής ηλεκτρικής τους αντίστασης.

Ως εκ τούτου, ένας καθαρός χώρος που έχει σχεδιαστεί για την κατασκευή ημιμονωτικού υπόστρωμα SiC απαιτεί όχι μόνο συμβατικό έλεγχο της μόλυνσης αλλά και πρόσθετημέτρα ηλεκτρομαγνητικής προστασίαςνα εξασφαλίζεται η σταθερότητα της διαδικασίας και η απόδοση της συσκευής.

1Πηγές ηλεκτρομαγνητικής ευαισθησίας σε ημι-μονωτικά υποστρώματα SiC

Τα ημιμονωτικά υπόστρωμα SiC επιτυγχάνουν υψηλή αντίσταση μέσωντόπινγκ αντιστάθμισης βαναδίουήμηχανισμοί αντιστάθμισης εγγενών ελαττωμάτωνΗ συγκέντρωση και η κατανομή των προσμείξεων βαθιάς επιφάνειας και των κρυσταλλικών ελαττωμάτων επηρεάζουν άμεσα την ομοιομορφία της αντίστασης σε όλο το υπόστρωμα.

Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας και της επιθεώρησης, τα υποστρώματα εκτίθενται σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία που παράγονται από το περιβάλλον.Αυτά τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορούν να προκαλέσουν αναδιανομή φορτίου μέσα στο ημιμονωτικό υπόστρωμα SiC.

Οι πιθανές ηλεκτρομαγνητικές πηγές μέσα σε καθαρό δωμάτιο περιλαμβάνουν:

• Μηχανές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
• Μηχανές και συστήματα ελέγχου κίνησης
• Μονάδες φίλτρου ανεμιστήρα (FFU)
• Ιονιστές
• Πυροσβεστήρες φωτισμού
• Συσκευές ασύρματης επικοινωνίας

Αυτές οι πηγές παράγουν ηλεκτρομαγνητικά πεδία που κυμαίνονται απόΤα πεδία ισχύος συχνότητας 50 Hz σε σήματα ραδιοσυχνοτήτων επιπέδου GHz.

Όταν εκτίθενται σε εναλλασσόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα επαγόμενα φορτία και τα τοπικά ρεύματα μπορούν να τροποποιήσουν το ηλεκτρικό δυναμικό επιφάνειας του υπόστρου.

Οι αλλαγές στο δυναμικό επιφάνειας υποστρώματος μπορεί να επηρεάσουν τις διαδικασίες των ημιαγωγών προς τα κάτω:

• Φωτολιθογραφία:
  Τα ημιμονωτικά υπόστρωμα SiC χρησιμεύουν ως φορείς για την φωτοανθεκτική επίστρωση.
• Χημική Μηχανική Επεπεξεργασία (CMP):
  Οι διακυμάνσεις του δυναμικού επιφάνειας μπορεί να επηρεάσουν την απορρόφηση των ακαθαρστικών σωματιδίων και την αλληλεπίδραση του λιπαντικού με την επιφάνεια του υποστρώματος, επηρεάζοντας την ομοιομορφία της γυάλωσης.
• Διαδικασίες επιθεώρησης
  Τα συστήματα επιθεώρησης ηλεκτρονικής δέσμης και δέσμης ιόντων είναι ευαίσθητα στις ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές.

2Επιλογή των περιοχών ηλεκτρομαγνητικής προστασίας

Ένα καθαρό δωμάτιο με ημιμονωτικό υπόστρωμα SiC δεν απαιτεί ηλεκτρομαγνητική προστασία σε ολόκληρη την εγκατάσταση.

• Προϋποθέσεις έκθεσης στο υπόστρωμα
• Ευαισθησία της διαδικασίας
• Ηλεκτρομαγνητική ευαισθησία του εξοπλισμού

Όταν τα υποστρώματα παραμένουν μέσα σε σφραγισμένους φορείς πλακών, οι ίδιοι οι φορείς παρέχουν ένα ορισμένο επίπεδο ηλεκτρομαγνητικής προστασίας.

Οι φορείς πλακιδίων μπορούν να χρησιμοποιούν:

• Υλικά πολυμερών αγωγών
• Μεταλλικά επικαλυμμένες πολυμερείς δομές

Το περίβλημα του φορέα πρέπει επίσης να είναι ηλεκτρικά γειωμένο.

Ωστόσο, μόλις τα υποστρώματα αφαιρεθούν από τους φορείς και εκτεθούν απευθείας στο περιβάλλον του καθαρού δωματίου, πρέπει να παρέχεται ηλεκτρομαγνητική προστασία από τη δομή προστασίας του καθαρού δωματίου.

Οι ακόλουθες περιοχές απαιτούν προτεραιότητα ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης:

Περιοχή φωτολιθογραφίας

Η ηλεκτρομαγνητική ασπίδα βοηθά στη διατήρηση της ομοιόμορφης επικάλυψης και της ακρίβειας της λιθογραφίας.

Περιοχή CMP

Ο έλεγχος του δυναμικού επιφάνειας είναι σημαντικός για τη διατήρηση σταθερής συμπεριφοράς του λιπαντικού και της σταθερότητας της γυάλωσης.

Περιοχή επιθεώρησης

Ο εξοπλισμός επιθεώρησης δέσμης ηλεκτρονίων και δέσμης ιόντων είναι εξαιρετικά ευαίσθητος στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Σε σύγκριση,Οι χώροι αποθήκευσης υποστρώματος και οι διάδρομοι μεταφοράς γενικά έχουν χαμηλότερες απαιτήσεις απόκρυψης, επειδή τα υποστρώματα παραμένουν μέσα σε φορείς με ηλεκτρομαγνητική απόκρυψη κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση..

3Σχεδιασμός ηλεκτρομαγνητικού στρώματος προστασίας

Οι δομές ηλεκτρομαγνητικής προστασίας καθαρής αίθουσας χρησιμοποιούν συνήθως:

• Μεταλλικές πλάκες
• Τάγματα από μεταλλικά πλέγματα
• Ενσωματωμένες κατασκευές αγωγού προστασίας

εγκατεστημένα μέσα σε τοίχους, οροφές και δάπεδα.

Τα κοινά υλικά προστασίας περιλαμβάνουν:

• Φόρμα χαλκού
• Άλλες σιδηροτροφικές συσκευές
• Πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα

Το πάχος και η δομή του προστατευτικού υλικού καθορίζονται ανάλογα με την απαιτούμενη αποτελεσματικότητα προστασίας.

Αποτελεσματικότητα προστασίας στόχων

Η απόδοση προστασίας πρέπει να προσδιορίζεται σύμφωνα με διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων:

Οι τιμές-στόχοι καθορίζονται με βάση το αν η ηλεκτρομαγνητική έκθεση σε συγκεκριμένες συχνότητες μπορεί να παράγει επαρκές επαγωγικό φορτίο για να επηρεάσει την απόδοση της διαδικασίας.

Ηλεκτρική συνέχεια του στρώματος προστασίας

Η κατασκευή προστασίας πρέπει να διατηρεί συνεχή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Οι απαιτήσεις περιλαμβάνουν:

• Οι αρθρώσεις των πινάκων προστασίας θα πρέπει να χρησιμοποιούν αγωγικές συμπίεσεις ή αγωγικές ταινίες αυτοκόλλησης.
• Το πλάτος της επικαλύψεως πρέπει να είναι ≥ 50 mm.
• Τα ανοίγματα στις κατασκευές θωράκισης πρέπει να χρησιμοποιούν παράθυρα εξαερισμού με κυματοδηγό.
• Οι πόρτες πρέπει να είναι εξοπλισμένες με αγωγικές ταινίες σφράγισης.
• Τα πλαίσια των θυρών και οι ταινίες σφράγισης πρέπει να διατηρούν πλήρη ηλεκτρική επαφή όταν είναι κλειστά.

Σχεδιασμός γείωσης

Το στρώμα προστασίας θα πρέπει να υιοθετήσειγείωση σε ένα σημείο.

Συνιστώμενες συνθήκες γείωσης:

• Σύστημα γείωσης χαμηλής αντίστασης
• Αντίσταση εδάφους ≤1 Ω

Πολλαπλά σημεία γείωσης μπορούν να δημιουργήσουν βρόχους γείωσης.

4Διαχείριση των πηγών ηλεκτρομαγνητικής ρύπανσης μέσα στο καθαρό δωμάτιο

Ο ηλεκτρικός εξοπλισμός στα καθαρά δωμάτια είναι μια σημαντική πηγή ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.

Οι πιθανές πηγές ΕΜΕ περιλαμβάνουν:

• Μηχανές FFU
• Ιονιστές
• Μηχανές μεταφοράς κυψελών
• Πυροσβεστήρες φωτισμού

Ο εξοπλισμός που εγκαθίσταται σε προστατευμένες περιοχές πρέπει να υποβάλλεται σε αξιολόγηση ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών.

Συνιστώμενη επιλογή εξοπλισμού:

Συστήματα FFU

ΧρήσηΜηχανές συνεχούς ρεύματος χωρίς βούρτσααντί για κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος για τη μείωση των ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών.

Ιονιστές

Χρησιμοποιήστε σταθερούς ιονιστές συνεχούς ρεύματος αντί για ιονιστές παλμικού ρεύματος, οι οποίοι ενδέχεται να παράγουν ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο υψηλής συχνότητας.

Συστήματα φωτισμού

Χρησιμοποιήστε φωτισμό LED με οδηγούς συνεχούς ρεύματος για να ελαχιστοποιήσετε τα μαγνητικά πεδία ισχύος-συχνότητας που παράγονται από τα βαλλάστ φθοριστικών λαμπτήρων.

Γείωση εξοπλισμού και προστασία καλωδίων

Τα μεταλλικά περιβλήματα του εξοπλισμού πρέπει να είναι γειωμένα.

Ορθή γείωση:

• Μειώνει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από τις επιφάνειες του εξοπλισμού
• Αποτρέπει την συσσώρευση ηλεκτροστατικών φορτίων

Συνιστώμενη διαχείριση καλωδίων:

• Καλώδια ηλεκτρικής ενέργειας: καλώδια με θωράκιση και με τα δύο άκρα γειωμένα
• Καλώδια σήματος: καλώδια με προστατευτική θωράκιση στρεβλωμένου ζεύγους με γείωση στο ένα άκρο

5Συντονισμός μεταξύ ηλεκτροστατικού ελέγχου και ηλεκτρομαγνητικής προστασίας

Η ηλεκτροστατική συσσώρευση σε ημιμονωτικά υπόστρωμα SiC συνδέεται στενά με την ηλεκτρομαγνητική προστασία.

Τα ηλεκτροστατικά φορτία της επιφάνειας μπορούν να παράγουν τοπικά ηλεκτρικά πεδία.

Συντονισμός ιονιστή και ασπίδας

Οι ιονιστές που βρίσκονται σε προστατευόμενες περιοχές πρέπει να σχεδιάζονται μαζί με το σύστημα γείωσης προστασίας.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η κίνηση των ιόντων προς την προστατευτική δομή μπορεί να δημιουργήσει μικρά ρεύματα.

Αν και τα ρεύματα αυτά γενικά δεν προκαλούν μετρήσιμες πτώσεις τάσης στο σύστημα γείωσης, η τοποθέτηση του ιονιστή θα πρέπει να εξασφαλίζει:

• Πλήρης κάλυψη ιόντων των περιοχών επεξεργασίας υποστρώματος
• Καμία άμεση ροή αέρα ιόντων προς τις επιφάνειες προστασίας

Ενιαίο σύστημα γείωσης

Τα ακόλουθα συστήματα γείωσης θα πρέπει να έχουν κοινό δίκτυο γείωσης:

• Ηλεκτρομαγνητική προστασία γείωσης
• Γείωση εξοπλισμού
• Γείωση προστασίας ESD
• Εξισοδύναμη γείωση καθαρού δωματίου

Οι δυνητικές διαφορές μεταξύ των ανεξάρτητων συστημάτων γείωσης μπορούν να δημιουργήσουν ρεύματα γης.

6. Επιβεβαίωση της αποτελεσματικότητας της ηλεκτρομαγνητικής ασπίδας

Μετά την εγκατάσταση, το σύστημα προστασίας πρέπει να υποβάλλεται σε ηλεκτρομαγνητική δοκιμή αποτελεσματικότητας προστασίας.

Το εύρος συχνότητας δοκιμής πρέπει να περιλαμβάνει:

• Μαγνητικά πεδία ισχύος συχνότητας
• Ηλεκτρικά πεδία ραδιοκυμάτων
• Μικροκύματα

Τα σημεία μέτρησης πρέπει να περιλαμβάνουν:

• Συνδέσεις με προστατευτικό πάνελ
• Διαστήματα πόρτας
• Ανοικτές περιοχές
• Τοποθεσίες κρίσιμων διεργασιών

Μέθοδος δοκιμής

Σύμφωνα με τα πρότυπα δοκιμής της αποτελεσματικότητας της θωράκισης:

1. Μια κεραία μετάδοσης τοποθετείται έξω από την προστατευόμενη περιοχή.
2. Μια κεραία λήψης μετρά την ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε πολλαπλά σημεία στο εσωτερικό.
3. Οι τοποθεσίες που δεν πληρούν τα επίπεδα ασπίδας στόχου εντοπίζονται και ενισχύονται.
4. Οι δοκιμές επαλήθευσης πραγματοποιούνται μετά την βελτίωση.

Περιοδική επανεξέταση

Η αποτελεσματικότητα της προστασίας μειώνεται με την πάροδο του χρόνου λόγω:

• Γήρανση των αγωγών συμπίεσης
• Απώλεια ελαστικότητας στις σφραγίδες των θυρών
• Μηχανική υποβάθμιση των αρθρώσεων

Ο κύκλος επανεξέτασης πρέπει να καθορίζεται σύμφωνα με:

• Ηλεκτρομαγνητική ευαισθησία του υποστρώματος
• Χαρακτηριστικά γήρανσης του υλικού προστασίας

Τυπική συχνότητα

Μία φορά κάθε 12 χρόνια

7Απαιτήσεις για τη ζώνη και την προστασία των καθαρών χώρων

8Συμπέρασμα.

Η υψηλή αντίσταση των ημιμονωτικών υπόστρωτων SiC τους καθιστά πιο ευαίσθητους στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και την ηλεκτροστατική συσσώρευση σε περιβάλλον καθαρού δωματίου.

Οι διακυμάνσεις του δυναμικού επιφάνειας υποστρώματος μπορούν να επηρεάσουν:

• Ομοιομορφία της φωτοανθεκτικής επικάλυψης
• Σταθερότητα γυάλωσης CMP
• Ακριβότητα ελέγχου δέσμης ηλεκτρονίων

Ως εκ τούτου, οι απαιτήσεις για την ηλεκτρομαγνητική προστασία θα πρέπει να καθορίζονται ανάλογα με την ευαισθησία της διαδικασίας.

Κριτικοί τομείς όπως:

• Ζώνες φωτολιθογραφίας
• Περιοχές CMP
• Περιοχές επιθεώρησης

θα πρέπει να ενσωματώνουν ηλεκτρομαγνητικές κατασκευές προστασίας σε επίπεδο κτιρίου.

Οι στόχοι αποτελεσματικότητας προστασίας θα πρέπει να προσδιορίζονται ξεχωριστά για τις περιοχές συχνότητας ισχύος, ραδιοσυχνοτήτων και μικροκυμάτων.Η κατασκευή προστασίας πρέπει να διατηρεί ηλεκτρική συνέχεια και να υιοθετεί γείωση σε ένα σημείο..

Οι εσωτερικές πηγές ηλεκτρομαγνητικής ρύπανσης θα πρέπει να ελέγχονται μέσω της επιλογής του εξοπλισμού, του σχεδιασμού γείωσης και της διαχείρισης της προστασίας των καλωδίων.

Η ηλεκτρομαγνητική προστασία και η ηλεκτροστατική προστασία πρέπει να σχεδιάζονται ως ολοκληρωμένο σύστημα με ενιαίο δίκτυο γείωσης.η αποτελεσματικότητα της θωράκισης πρέπει να επαληθεύεται και να επανεξετάζεται περιοδικά για να εξασφαλίζεται η μακροπρόθεσμη σταθερότητα της διαδικασίας και η απόδοση της απόδοσης των ημιαγωγών.