چرا یک اتاق تمیز نیمه عایق SiC Substrate نیاز به محافظ الکترومغناطیسی اضافی دارد؟

زیربناهای نیمه عایق SiC به طور معمول دارای مقاومت بالاتر از1×107 Ω·cmو به طور گسترده ای درتقویت کننده های قدرت 5G RF، دستگاه های فرکانس بالا و اجزای ایستگاه پایهبرخلاف زیربناهای سی سی رسانا، زیربناهای نیمه عایق کننده به دلیل مقاومت الکتریکی بالا، واکنش های متفاوتی به تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تجمع الکتروستاتیک نشان می دهند..

بنابراین یک اتاق تمیز طراحی شده برای تولید نیمه عایق زیربنای SiC نیاز به نه تنها کنترل آلودگی معمولی بلکه همچنین اضافیاقدامات محافظ الکترومغناطیسیبرای اطمینان از ثبات فرآیند و بهره وری دستگاه.

1. منابع حساسیت الکترومغناطیسی در زیربناهای نیمه عایق SiC

زیربناهای نیمه عایق SiC مقاومت بالایی را از طریقاستفاده از داروهای ضدعفونی کننده وانیدیومیامکانیسم های جبران نقص های ذاتیغلظت و توزیع ناخالصی های سطح عمیق و نقایص کریستالی به طور مستقیم بر یکنواخت مقاومت در سراسر بستر تأثیر می گذارد.

در طول پردازش و بازرسی، زیربناها در معرض میدان های الکترومغناطیسی تولید شده توسط محیط اطراف قرار می گیرند.این میدان های الکترومغناطیسی خارجی می توانند توزیع مجدد شارژ را در بستر نیمه عایق SiC ایجاد کنند.

منابع الکترومغناطیسی بالقوه داخل اتاق تمیز عبارتند از:

• درایو های فرکانس متغیر (VFD)
• موتورها و سیستم های کنترل حرکت
• واحدهای فیلتر فن (FFU)
• آيون سازها
• بالاست های روشنایی
• دستگاه های ارتباطی بی سیم

این منابع میدان های الکترومغناطیسی را تولید می کنندمیدان های فرکانس قدرت 50 هرتز به سیگنال های RF در سطح GHz.

هنگامی که در معرض میدان های الکترومغناطیسی متناوب قرار می گیرند، شارژ های تحریک شده و اثرات جریان محلی می توانند پتانسیل الکتریکی سطح بستر را تغییر دهند.

تغییرات در پتانسیل سطح بستر ممکن است بر فرآیندهای نیمه هادی بعد از جریان تأثیر بگذارد:

• فتو لیتوگرافی:
  بستر های نیمه عایق SiC به عنوان حامل پوشش ضد نور عمل می کنند. پتانسیل سطحی غیر یکنواخت می تواند بر رفتار گسترش ضد نور تأثیر بگذارد و منجر به تغییر ضخامت پوشش شود.
• سطح بندی شیمیایی مکانیکی (CMP):
  تغییرات پتانسیل سطح ممکن است بر جذب ذرات خیس کننده و تعامل خمیر با سطح بستر تأثیر بگذارد و بر یکنواخت پولیش تاثیر بگذارد.
• روش های بازرسی:
  سیستم های بازرسی پرتو الکترون و پرتو یون به اختلال های الکترومغناطیسی حساس هستند. نوسانات پتانسیل سطح می تواند دقت تصویربرداری و ثبات اندازه گیری را کاهش دهد.

2انتخاب مناطق محافظ الکترومغناطیسی

یک اتاق تمیز نیمه عایق SiC نیازی به محافظ الکترومغناطیسی در کل تاسیسات ندارد. الزامات محافظ باید بر اساس موارد زیر تعیین شود:

• شرایط قرار گرفتن در معرض بستر
• حساسیت فرآیند
• حساسیت الکترومغناطیسی تجهیزات

هنگامی که زیرپوش ها در داخل حامل های گره بسته باقی می مانند، حامل ها خودشان سطح خاصی از حفاظت الکترومغناطیسی را فراهم می کنند.

حامل های وافره می توانند از:

• مواد پلیمر رسانا
• ساختارهای پلیمر پوشش فلزی

محفظه حامل نیز باید به صورت الکتریکی به زمین متصل شود.

با این حال، هنگامی که بستر ها از حامل ها برداشته می شوند و به طور مستقیم در محیط اتاق تمیز قرار می گیرند، حفاظت الکترومغناطیسی باید توسط ساختار محافظ اتاق تمیز فراهم شود.

مناطق زیر نیاز به محافظتی الکترومغناطیسی دارند:

منطقه فوتولیتوگرافی

پس از پوشش نورپردازی، سطح بستر به تغییرات بالقوه الکتریکی بسیار حساس می شود. محافظت الکترومغناطیسی به حفظ یکنواخت پوشش و دقت لیتوگرافی کمک می کند.

منطقه CMP

کنترل پتانسیل سطحی برای حفظ رفتار پایدار خمیر و سازگاری پولیش مهم است.

منطقه بازرسی

تجهیزات بازرسی پرتو الکترون و پرتو یون بسیار حساس به تداخل الکترومغناطیسی هستند. حفاظت از محافظ مستقل توصیه می شود.

در مقایسه،مناطق ذخیره سازی سبسترات و راهروهای انتقال به طور کلی نیاز به محافظت کمتری دارند زیرا سبسترات ها در طول حمل و نقل و ذخیره سازی در داخل حامل های محافظ الکترومغناطیسی باقی می مانند..

3طراحی لایه محافظ الکترومغناطیسی

ساختارهای محافظ الکترومغناطیسی اتاق تمیز معمولاً از:

• صفحه های فلزی
• لایه های فلزی
• سازه های محافظ رسانا جاسازی شده

در ديوارها، سقف ها و کف ها نصب شده است.

مواد محافظ رایج عبارتند از:

• ورق مس
• ورق های فولادی گالوانیزه
• صفحه های فولادی ضد زنگ

ضخامت و ساختار مواد محافظ بر اساس اثربخشی محافظ مورد نیاز تعیین می شود.

اثربخشی محافظ هدف

عملکرد محافظ باید با توجه به محدوده فرکانس های مختلف مشخص شود:

مقادیر هدف بر اساس این که آیا قرار گرفتن در معرض الکترومغناطیسی در فرکانس های خاص می تواند بار محرک کافی را برای تأثیر بر بهره وری فرآیند تولید کند، تعیین می شود.

ادامه برق لایه محافظ

ساختار محافظ باید هدایت الکتریکی مداوم را حفظ کند.

الزامات شامل:

• مفاصل پنل محافظ باید از گاسکت های رسانا یا نوار چسب رسانا استفاده کنند.
• عرض همپوشانی باید ≥50 میلی متر باشد.
• در سوراخ های ساختارهای محافظ باید از پنجره های تهویه موج هدایت شده استفاده شود.
• درها باید مجهز به نوارهای مهر و موم رسانا باشند.
• قابهای درب و نوارهای مهر و موم باید در صورت بسته شدن، تماس الکتریکی را در تمام محدوده خود حفظ کنند.

طراحی زمین

لایه محافظ بایدزمین گیری تک نقطه ای.

شرایط توصیه شده برای زمین زدن:

• سیستم زمین گیری با مقاومت پایین
• مقاومت زمین ≤1 Ω

چندین نقطه زمین گیری ممکن است حلقه های زمین را ایجاد کند. جریان های محرک در حلقه های زمین می توانند میدان های مغناطیسی ثانویه ایجاد کنند و اثربخشی کل محافظ را کاهش دهند.

4مدیریت منابع آلودگی الکترومغناطیسی در داخل اتاق تمیز

تجهیزات الکتریکی داخل اتاق های تمیز یک منبع اصلی تداخل الکترومغناطیسی است.

منابع بالقوه EMI عبارتند از:

• موتورهای FFU
• آيون سازها
• موتورهای انتقال وافره
• بالاست های روشنایی

تجهیزات نصب شده در داخل مناطق محافظ باید تحت ارزیابی انتشار الکترومغناطیسی قرار گیرند.

انتخاب تجهیزات توصیه شده:

سیستم های FFU

استفادهموتورهای DC بدون برسبه جای موتورهای AC برای کاهش انتشار الکترومغناطیسی.

آيون سازها

استفاده از یونیزه کننده های ثابت DC به جای یونیزه کننده های AC پالس که ممکن است صدای الکترومغناطیسی فرکانس بالا تولید کنند.

سیستم های روشنایی

استفاده از نوردهی LED با درایورهای DC برای به حداقل رساندن میدان های مغناطیسی فرکانس قدرت تولید شده توسط بالاست های لامپ فلورسنت.

زمین گذاری تجهیزات و محافظت از کابل ها

محفظه های فلزی تجهیزات باید به زمین کشیده شوند.

قرار دادن درست زمین:

• تشعشعات الکترومغناطیسی از سطوح تجهیزات را کاهش می دهد
• از تجمع شارژ الکترواستاتیک جلوگیری می کند

مدیریت توصیه شده کابل:

• کابل های برق: کابل های محافظت شده با هر دو سر زمین
• کابل های سیگنال: کابل های محافظ شده با دو زوج پیچ خورده با یک سر زمین

5هماهنگی بین کنترل الکترواستاتیک و محافظ الکترومغناطیسی

انباشت الکترواستاتیک بر روی زیربناهای نیمه عایق SiC به طور نزدیک با محافظ الکترومغناطیسی همراه است.

شارژ های الکتروستاتیک سطح می توانند میدان های الکتریکی محلی تولید کنند. هنگامی که با میدان های الکترومغناطیسی خارجی ترکیب شوند، این اثرات ممکن است عدم یکسانی پتانسیل سطح را افزایش دهند.

هماهنگی یونیزه کننده و سپر

یونیزه کننده های داخل مناطق محافظت شده باید با سیستم محافظت از زمین طراحی شوند.

یونیزه کننده ها جفت های یون تولید می کنند که شارژ های سطحی را خنثی می کنند. در طول این فرآیند، حرکت یون به سمت ساختار محافظ ممکن است جریان های کوچکی ایجاد کند.

اگرچه این جریان ها به طور کلی باعث کاهش ولتاژ قابل اندازه گیری در سیستم زمین گیری نمی شوند، اما قرار دادن یونیزه کننده باید تضمین کند:

• پوشش کامل یون مناطق دستکاری بستر
• هیچ جریان هوایی مستقیم یون به سمت سطوح محافظ وجود ندارد

سیستم یکپارچه زمینگیری

سیستم های زمینی سازی زیر باید یک شبکه زمین سازی مشترک داشته باشند:

• محافظت الکترومغناطیسی
• زمین گیری تجهیزات
• محافظت از ESD
• زمین گیری برابر پتانسیل اتاق تمیز

تفاوت های بالقوه بین سیستم های زمینی مستقل می تواند جریان های زمینی ایجاد کند. این جریان ها ممکن است میدان های مغناطیسی را در داخل ساختار محافظ ایجاد کنند و عملکرد محافظ را کاهش دهند.

6- بررسي اثربخشی سپر الکترومغناطیسی

پس از نصب، سیستم محافظ باید آزمایش اثربخشی محافظ الکترومغناطیسی را انجام دهد.

محدوده فرکانس آزمایش باید شامل:

• میدان های مغناطیسی فرکانس قدرت
• میدان های الکتریکی RF
• فرکانس های مایکروویو

نقاط اندازه گیری باید شامل موارد زیر باشند:

• جفت های پنل محافظ
• شکاف در
• مناطق باز
• مکان های فرآیند حیاتی

روش آزمایش

بر اساس استانداردهای آزمایش اثربخشی محافظ:

1. یک آنتن فرستنده خارج از منطقه محافظت شده قرار داده شده است.
2. یک آنتن گیرنده، قدرت میدان الکترومغناطیسی را در چندین نقطه در داخل اندازه گیری می کند.
3. مکان هایی که نمی توانند سطح محافظتی هدف را برآورده کنند شناسایی و تقویت می شوند.
4. آزمایش تأیید پس از بهبود انجام می شود.

تست مجدد دوره ای

اثربخشی محافظ با گذشت زمان به دلیل:

• پیری بسته های رسانا
• از دست دادن انعطاف پذیری در مهر و موم درب
• تخریب مکانیکی مفاصل

چرخه آزمایش مجدد باید بر اساس موارد زیر تعیین شود:

• حساسیت الکترومغناطیسی بستر
• ویژگی های پیری مواد محافظ

فرکانس معمول:

هر 12 سال يک بار

7الزامات منطقه بندی و محافظت از اتاق تمیز

8نتیجه گیری

مقاومت بالای زیربناهای نیمه عایق SiC باعث می شود که آنها نسبت به تداخل الکترومغناطیسی و تجمع الکترواستاتیک در محیط های اتاق تمیز حساس تر باشند.

تغییرات پتانسیل سطح بستر می تواند بر:

• یکنواختی پوشش ضد نور
• ثبات پولیش CMP
• دقت بازرسی پرتو الکترون

بنابراین، الزامات محافظت الکترومغناطیسی باید بر اساس حساسیت فرآیند تعریف شوند.

حوزه های حیاتی مانند:

• مناطق فوتولیتوگرافی
• مناطق CMP
• مناطق بازرسی

باید شامل ساختارهای محافظ الکترومغناطیسی در سطح ساختمان باشد.

اهداف اثربخشی محافظ باید به طور جداگانه برای محدوده فرکانس قدرت، RF و مایکروویو مشخص شود.ساختار محافظ باید تداوم الکتریکی را حفظ کند و یک نقطه زمین گیری را اتخاذ کند.

منابع آلودگی الکترومغناطیسی داخلی باید از طریق انتخاب تجهیزات، طراحی زمین و مدیریت محافظ کابل کنترل شوند.

محافظ الکترومغناطیسی و حفاظت الکتروستاتیک باید به عنوان یک سیستم یکپارچه با یک شبکه یکپارچه زمین طراحی شود.اثربخشی محافظ باید بررسی و به طور دوره ای دوباره آزمایش شود تا ثبات طولانی مدت فرآیند و عملکرد بازده نیمه هادی تضمین شود..