ทำไมคลีนรูมสำหรับซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนจึงต้องการการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพิ่มเติม?

ซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนโดยทั่วไปมีความต้านทานสูงกว่า 1×10⁷ Ω·cm และใช้กันอย่างแพร่หลายใน แอมพลิฟายเออร์กำลัง RF 5G, อุปกรณ์ความถี่สูง และส่วนประกอบสถานีฐาน ซึ่งแตกต่างจากซับสเตรต SiC แบบนำไฟฟ้า ซับสเตรตแบบกึ่งฉนวนจะตอบสนองต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตแตกต่างกันเนื่องจากมีความต้านทานไฟฟ้าสูง

ดังนั้น คลีนรูมที่ออกแบบมาสำหรับการผลิตซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนจึงไม่เพียงแต่ต้องการการควบคุมการปนเปื้อนแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังต้องการ มาตรการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพิ่มเติม เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของกระบวนการและผลผลิตของอุปกรณ์

1. แหล่งที่มาของความไวต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวน

ซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนมีความต้านทานสูงผ่าน การโดปแบบวานาเดียมคอมเพนเซท หรือ กลไกการคอมเพนเซทข้อบกพร่องภายใน ความเข้มข้นและการกระจายตัวของสิ่งเจือปนระดับลึกและข้อบกพร่องของผลึกส่งผลโดยตรงต่อความสม่ำเสมอของความต้านทานทั่วทั้งซับสเตรต

ในระหว่างการประมวลผลและการตรวจสอบ ซับสเตรตจะสัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกเหล่านี้สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการกระจายประจุใหม่ภายในซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวน

แหล่งที่มาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นภายในคลีนรูม ได้แก่:

• ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD)
• มอเตอร์และระบบควบคุมการเคลื่อนไหว
• หน่วยกรองพัดลม (FFU)
• ระบบแสงสว่าง
• การเลือกอุปกรณ์ที่แนะนำ:
• อุปกรณ์สื่อสารไร้สาย

แหล่งที่มาเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่ สนามความถี่กำลัง 50 Hz ไปจนถึงสัญญาณ RF ระดับ GHzระบบสายดินความต้านทานต่ำ

การเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าพื้นผิวของซับสเตรตอาจส่งผลต่อกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ในขั้นตอนต่อไป:

การพิมพ์ลายด้วยแสง:

• ซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนทำหน้าที่เป็นตัวรองรับสำหรับการเคลือบสารไวแสง ศักย์ไฟฟ้าพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมออาจส่งผลต่อพฤติกรรมการกระจายตัวของสารไวแสง ทำให้เกิดความหนาของการเคลือบที่แตกต่างกัน
  การขัดผิวแบบเคมีเชิงกล (CMP):
• ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าพื้นผิวอาจส่งผลต่อการดูดซับอนุภาคขัดถูและการทำงานร่วมกันของสารละลายกับพื้นผิวซับสเตรต ส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการขัดเงา
  กระบวนการตรวจสอบ:
• ระบบตรวจสอบด้วยลำอิเล็กตรอนและลำไอออนมีความไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความผันผวนของศักย์ไฟฟ้าพื้นผิวสามารถลดความแม่นยำของภาพและความเสถียรของการวัดได้
  2. การเลือกพื้นที่ป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลีนรูมสำหรับซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนไม่จำเป็นต้องมีการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั่วทั้งโรงงาน ข้อกำหนดในการป้องกันควรพิจารณาตาม:

สภาวะการสัมผัสของซับสเตรต

• ความไวของกระบวนการ
• ความไวต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์
• เมื่อซับสเตรตยังคงอยู่ในภาชนะบรรจุเวเฟอร์แบบปิด ภาชนะบรรจุเองจะให้การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับหนึ่ง

ภาชนะบรรจุเวเฟอร์อาจใช้:

วัสดุโพลีเมอร์นำไฟฟ้า

• โครงสร้างโพลีเมอร์เคลือบโลหะ
• ตัวเรือนภาชนะบรรจุควรต่อสายดินด้วยไฟฟ้าด้วย

อย่างไรก็ตาม เมื่อนำซับสเตรตออกจากภาชนะบรรจุและสัมผัสโดยตรงกับสภาพแวดล้อมคลีนรูม การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องจัดทำโดยโครงสร้างการป้องกันคลีนรูม

พื้นที่ต่อไปนี้ต้องการการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นลำดับความสำคัญ:

พื้นที่การพิมพ์ลายด้วยแสง

ชั้นป้องกันระดับอาคาร

พื้นที่ CMP

ชั้นป้องกันระดับอาคาร

พื้นที่ตรวจสอบ

ชั้นป้องกันระดับอาคาร

เมื่อเปรียบเทียบ พื้นที่จัดเก็บซับสเตรตและทางเดินขนส่งโดยทั่วไปมีความต้องการการป้องกันที่ต่ำกว่า เนื่องจากซับสเตรตยังคงอยู่ในภาชนะบรรจุที่ป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระหว่างการขนส่งและการจัดเก็บ

3. การออกแบบชั้นป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

โครงสร้างการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลีนรูมโดยทั่วไปใช้:

แผ่นโลหะ

• ชั้นตาข่ายโลหะ
• โครงสร้างการป้องกันนำไฟฟ้าแบบฝัง
• ติดตั้งภายในผนัง เพดาน และพื้น

วัสดุป้องกันทั่วไป ได้แก่:

แผ่นทองแดง

• แผ่นเหล็กอาบสังกะสี
• แผ่นสแตนเลส
• ความหนาและโครงสร้างของวัสดุป้องกันจะถูกกำหนดตามประสิทธิภาพการป้องกันที่ต้องการ

ประสิทธิภาพการป้องกันเป้าหมาย

ISO 5

ช่วงความถี่

ความต่อเนื่องทางไฟฟ้าของชั้นป้องกัน

โครงสร้างการป้องกันต้องรักษาความต่อเนื่องของการนำไฟฟ้า

ข้อกำหนดรวมถึง:

ข้อต่อแผงป้องกันควรใช้ปะเก็นนำไฟฟ้าหรือเทปกาวยึดนำไฟฟ้า

• ความกว้างของการทับซ้อนควร ≥50 มม.
• ช่องเปิดในโครงสร้างการป้องกันควรใช้หน้าต่างระบายอากาศแบบท่อนำคลื่น
• ประตูควรติดตั้งแถบซีลนำไฟฟ้า
• กรอบประตูและแถบซีลต้องรักษาการสัมผัสทางไฟฟ้าตลอดแนวเมื่อปิด
• การออกแบบสายดิน

ชั้นป้องกันควรใช้

การต่อสายดินแบบจุดเดียวเงื่อนไขการต่อสายดินที่แนะนำ:ระบบสายดินความต้านทานต่ำ

ความต้านทานสายดิน ≤1 Ω

• จุดต่อสายดินหลายจุดอาจสร้างลูปกราวด์ กระแสที่เหนี่ยวนำภายในลูปกราวด์สามารถสร้างสนามแม่เหล็กทุติยภูมิ ลดประสิทธิภาพการป้องกันโดยรวม
• 4. การจัดการแหล่งที่มาของมลพิษทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายในคลีนรูม

อุปกรณ์ไฟฟ้าภายในคลีนรูมเป็นแหล่งที่มาหลักของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

แหล่งที่มาของ EMI ที่อาจเกิดขึ้น ได้แก่:

มอเตอร์ FFU

เครื่องสร้างไอออน

• มอเตอร์ขนย้ายเวเฟอร์
• ระบบแสงสว่าง
• อุปกรณ์ที่ติดตั้งภายในพื้นที่ป้องกันควรได้รับการประเมินการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• การเลือกอุปกรณ์ที่แนะนำ:

ระบบ FFU

ใช้

มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน

แทนมอเตอร์ AC เพื่อลดการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องสร้างไอออนใช้เครื่องสร้างไอออน DC ที่เสถียร แทนเครื่องสร้างไอออน AC แบบพัลส์ ซึ่งอาจสร้างสัญญาณรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง

ระบบแสงสว่าง

ใช้ไฟ LED พร้อมไดรเวอร์ DC เพื่อลดสนามแม่เหล็กความถี่กำลังที่เกิดจากบัลลาสต์หลอดฟลูออเรสเซนต์

การต่อสายดินอุปกรณ์และการป้องกันสายเคเบิล

ตัวเรือนโลหะของอุปกรณ์ต้องต่อสายดิน

การต่อสายดินที่เหมาะสม:

ลดการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากพื้นผิวอุปกรณ์

ป้องกันการสะสมประจุไฟฟ้าสถิต

• การจัดการสายเคเบิลที่แนะนำ:
• สายไฟ: สายเคเบิลมีฉนวนหุ้มและต่อสายดินทั้งสองด้าน

สายสัญญาณ: สายเคเบิลมีฉนวนหุ้มแบบบิดเกลียวและต่อสายดินด้านเดียว

• 5. การประสานงานระหว่างการควบคุมไฟฟ้าสถิตและการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• การสะสมประจุไฟฟ้าสถิตบนซับสเตรต SiC แบบกึ่งฉนวนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวสามารถสร้างสนามไฟฟ้าเฉพาะที่ เมื่อรวมกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ผลกระทบเหล่านี้อาจเพิ่มความไม่สม่ำเสมอของศักย์ไฟฟ้าพื้นผิว

การประสานงานระหว่างเครื่องสร้างไอออนและการป้องกัน

เครื่องสร้างไอออนภายในพื้นที่ป้องกันต้องได้รับการออกแบบร่วมกับระบบสายดินป้องกัน

เครื่องสร้างไอออนสร้างคู่ไอออนที่ทำให้ประจุบนพื้นผิวเป็นกลาง ในระหว่างกระบวนการนี้ การเคลื่อนที่ของไอออนไปยังโครงสร้างการป้องกันอาจสร้างกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก

แม้ว่ากระแสไฟฟ้าเหล่านี้โดยทั่วไปจะไม่ทำให้เกิดแรงดันตกที่วัดได้ในระบบสายดิน แต่การวางตำแหน่งเครื่องสร้างไอออนควรตรวจสอบให้แน่ใจว่า:

ครอบคลุมไอออนเต็มพื้นที่จัดการซับสเตรต

ไม่มีการไหลของไอออนโดยตรงไปยังพื้นผิวป้องกัน

• ระบบสายดินแบบรวม
• ระบบสายดินต่อไปนี้ควรใช้เครือข่ายสายดินร่วมกัน:

สายดินป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สายดินอุปกรณ์

• สายดินป้องกัน ESD
• สายดิน equipotential ของคลีนรูม
• ความต่างศักย์ระหว่างระบบสายดินอิสระสามารถสร้างกระแสไหลวนได้ กระแสเหล่านี้อาจสร้างสนามแม่เหล็กภายในโครงสร้างการป้องกันและลดประสิทธิภาพการป้องกัน
• 6. การตรวจสอบประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

หลังการติดตั้ง ระบบการป้องกันต้องผ่านการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ช่วงความถี่ทดสอบควรรวมถึง:

สนามแม่เหล็กความถี่กำลัง

สนามไฟฟ้า RF

• ความถี่ไมโครเวฟ
• จุดวัดควรรวมถึง:
• ข้อต่อแผงป้องกัน

ช่องว่างประตู

• พื้นที่เปิด
• ตำแหน่งกระบวนการที่สำคัญ
• วิธีการทดสอบ
• ตามมาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกัน:

เสาอากาศส่งสัญญาณจะถูกวางไว้นอกพื้นที่ป้องกัน

เสาอากาศรับสัญญาณจะวัดความแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลายจุดภายใน

1. ตำแหน่งที่ไม่เป็นไปตามระดับการป้องกันเป้าหมายจะถูกระบุและเสริมความแข็งแรง
2. การทดสอบการตรวจสอบจะดำเนินการหลังจากการปรับปรุง
3. การทดสอบซ้ำเป็นระยะ
4. ประสิทธิภาพการป้องกันจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจาก:

อายุของปะเก็นนำไฟฟ้า

การสูญเสียความยืดหยุ่นของซีลประตู

• การเสื่อมสภาพทางกลของข้อต่อ
• รอบการทดสอบซ้ำควรกำหนดตาม:
• ความไวต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของซับสเตรต

ลักษณะการเสื่อมสภาพของวัสดุป้องกัน

• ความถี่ทั่วไป:
• ทุกๆ 1-2 ปี

7. การแบ่งโซนคลีนรูมและข้อกำหนดในการป้องกัน

พื้นที่กระบวนการ

ระดับความสะอาด

ความผันผวนของศักย์ไฟฟ้าพื้นผิวของซับสเตรตอาจส่งผลต่อ:

ความสม่ำเสมอของการเคลือบสารไวแสง

ความเสถียรของการขัด CMP

• ความแม่นยำของการตรวจสอบด้วยลำอิเล็กตรอน
• ดังนั้น ข้อกำหนดในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าควรกำหนดตามความไวของกระบวนการ
• พื้นที่สำคัญ เช่น:

โซนการพิมพ์ลายด้วยแสง

พื้นที่ CMP

• พื้นที่ตรวจสอบ
• ควรรวมโครงสร้างการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับอาคาร
• เป้าหมายประสิทธิภาพการป้องกันควรกำหนดแยกต่างหากสำหรับช่วงความถี่กำลัง, RF และไมโครเวฟ โครงสร้างการป้องกันต้องรักษาความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและใช้การต่อสายดินแบบจุดเดียว

แหล่งที่มาของมลพิษทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายในควรได้รับการควบคุมผ่านการเลือกอุปกรณ์ การออกแบบสายดิน และการจัดการสายเคเบิลป้องกัน

การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการป้องกันไฟฟ้าสถิตต้องได้รับการออกแบบเป็นระบบที่บูรณาการเข้าด้วยกันด้วยเครือข่ายสายดินแบบรวม หลังจากการก่อสร้าง ประสิทธิภาพการป้องกันต้องได้รับการตรวจสอบและทดสอบซ้ำเป็นระยะเพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของกระบวนการในระยะยาวและประสิทธิภาพผลผลิตเซมิคอนดักเตอร์