Reinräume in der Halbleiterindustrie: „Ultrareine Wächter“ und Kern technologischer Innovationen in fortschrittlichen Prozessen

I. Technische Kernstandards für Reinräume in der Halbleiterindustrie: Äußerst strenge Anforderungen an die Umweltkontrolle

Reinräume in der Halbleiterindustrie entsprechen der Norm ISO 14644-1. Mit Prozessoptimierungen steigt der Reinheitsgrad. Die wichtigsten technischen Indikatoren beziehen sich auf vier Dimensionen: Partikelkontrolle, Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle, Luftstromführung sowie Kontrolle von elektrostatischer Entladung und Vibrationen. Dadurch wird eine stabile Umgebung während des gesamten Fertigungsprozesses gewährleistet.

(I) Reinheitsgrade: Von ISO-Klasse 3 zu ISO-Klasse 1 – Ultrareine Weiterentwicklung

Unterschiedliche Prozesse erfordern spezifische Reinheitsstandards: Partikel unter 7 nm benötigen ISO-Klasse 3, während Partikel unter 5 nm ISO-Klasse 1-2 – die höchste Stufe ultrareiner Umgebungen – erfordern. Um die extremen Anforderungen an die Staubkontrolle zu erfüllen, kommt ein vierstufiges Filtrationssystem zum Einsatz: Vorfilter, Mittelfilter, HEPA-Filter und ULPA-Filter. Importierte Filtermedien werden durch inländische Produktion weitgehend ersetzt.

(II) Umgebungsparameter: Hochpräzise Temperatur-, Feuchtigkeits- und Druckregelung

Die Halbleiterfertigung erfordert höchste Präzision bei der Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle. Die Temperatur muss stabil bei 22 ± 0,5 °C (± 0,1 °C für fortschrittliche Prozesse) und die relative Luftfeuchtigkeit bei 40–60 % liegen. Reinräume müssen einen positiven Druckgradienten von ≥ 10 Pa aufrechterhalten, und die Vibrationskontrolle, beispielsweise in Bereichen wie der EUV-Lithografie, muss innerhalb von 0,05 μm/s liegen, um die Lithografiegenauigkeit zu gewährleisten.

(III) Luftstromorganisation: Hochfrequente unidirektionale Strömungsführung

Der Kernbereich ist mit einer vertikalen, unidirektionalen Strömungsführung ausgestattet und nutzt flächendeckend verteilte FFUs für eine gleichmäßige Luftströmung. Die Luftwechselrate im Reinraum der Klasse 100 beträgt ≥ 500 Umdrehungen pro Stunde, bei einer FFU-Abdeckung von ≥ 60 %. Die Drehzahl kann zonenweise angepasst werden, um den Luftstromanforderungen verschiedener Prozesse gerecht zu werden.

II. Kernausrüstung für Reinräume in der Halbleiterindustrie: Ein maßgeschneidertes Ultrareinheitsschutzsystem

Die Reinraumausrüstung für die Halbleiterindustrie basiert auf „optimaler Staubkontrolle, präziser Regelung sowie intelligentem Betrieb und Wartung“ und bildet so ein vollständig kundenspezifisches System. Die Leistungsfähigkeit der Ausrüstung bestimmt direkt die Produktionsqualität und die Chipausbeute.

(I) Luftreinigungssystem: Hocheffiziente Filtration und präzise Luftzufuhr

Vierstufiger progressiver Filter: Die zentrale Schadstoffabscheidelinie nutzt schließlich ULPA-Hochleistungsfilter, um Partikel mit einer Größe von 0,1 μm abzuscheiden. Importierte Filtermedien werden durch heimische ersetzt.

Intelligente FFU: Integriert Lüfter- und Filterfunktionen, verwendet einen hocheffizienten, energiesparenden Motor, unterstützt Fernüberwachung und Frühwarnung bei Störungen, wodurch ungeplante Ausfallzeiten deutlich reduziert werden.

Separates Zu- und Abluftsystem: Luftkanäle mit geringem Widerstand in Kombination mit einem Doppelboden und hochgradig abgedichteten Nähten, um das Eindringen von Verunreinigungen von außen zu verhindern.

(II) Umweltkontrollsystem: Hochpräzise Temperatur-, Feuchtigkeits- und Mikroklimaregelung

Hochpräzise Reinraumklimatisierung: Integriert mehrere Funktionen, nutzt PID-Regelungstechnik und ist mit redundanten Einheiten ausgestattet, um die Parameterstabilität zu gewährleisten.

Large Environment Control System (LMC): Schafft eine höhere lokale Reinheitsumgebung für kritische Anlagen wie die EUV-Lithographie und gewährleistet so die Stabilität der Kernprozesse.

Elektrostatische und Vibrationskontrollgeräte: Ionenlüfter eliminieren statische Elektrizität, und hochpräzise Dämpfungsgeräte kontrollieren Vibrationen, um die Anforderungen des Lithographieprozesses zu erfüllen.

(III) Personal-/Materialreinigungssystem: Verhindert Kontamination an der Quelle.

Luftdusche/Lastendusche: Unverzichtbarer Durchgang für Personal und Material; Hochgeschwindigkeitsluftstrom entfernt Staub; Doppeltürverriegelung verhindert Kreuzkontamination; einige Modelle verfügen über eine elektrostatische Entladungsfunktion.

Steriles Transferfenster: UV-Sterilisation + Luftschleierisolierung; High-End-Modelle integrieren Partikelüberwachung zur Gewährleistung eines sauberen Materialtransfers.

Antistatische Reinraumausrüstung: Hergestellt aus staubfreien, antistatischen Materialien; Bereiche mit hohen Reinheitsgraden erfordern einen kompletten Satz abgedichteter Ausrüstung, um die vom Menschen verursachte Kontamination an der Quelle zu reduzieren.

(IV) Überwachungs- und Wartungssystem: Intelligentes Management über den gesamten Lebenszyklus hinweg.

Vollständige Überwachungstechnik: Partikelzähler, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren bilden ein umfassendes Überwachungsnetzwerk.

KI-gestütztes Frühwarn- und Kontrollsystem: Ein IoT-basiertes LCM-System ermöglicht die Vorhersage des Verschmutzungsrisikos und die automatische Anpassung, wodurch Betriebs- und Wartungskosten sowie Ausfallrisiken deutlich reduziert werden.

Spezielle Reinigungsgeräte: Häufige Reinigung mit Geräten wie staubfreien Staubsaugern; regelmäßige Dichtigkeitsprüfungen der Filter gewährleisten die Leistungsfähigkeit.

III. Kern des Betriebs und der Instandhaltung von Reinräumen in der Halbleiterindustrie: Präventionsorientiertes Gesamtprozessmanagement

Der Betrieb und die Instandhaltung von Reinräumen in der Halbleiterindustrie folgen den Prinzipien „Prävention zuerst, Echtzeitüberwachung und schnelle Reaktion“. Jede Nachlässigkeit kann zu geringerer Ausbeute oder Produktionsstillstand führen. Der Fokus liegt auf der Behebung von Problemen wie Partikelverunreinigungen, Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen sowie Druckungleichgewichten.

(I) Häufige Betriebs- und Wartungsprobleme und Lösungen

Übermäßige Partikelbelastung: Filter regelmäßig überwachen und austauschen, Arbeitsabläufe des Personals standardisieren und Reinigungspläne für stark frequentierte Bereiche optimieren.

Instabile Temperatur und Luftfeuchtigkeit: Sensoren kalibrieren, Einstelllogik optimieren, mit Backup-Einheiten ausstatten und die Abdichtung der Gehäusekonstruktion verstärken.

Druckungleichgewicht: Sensoren kalibrieren, Luftstromdesign optimieren, Personenzugang einschränken und blockierte Komponenten umgehend austauschen.

Ausfallzeiten durch Gerätestörungen: Entwickeln Sie vorbeugende Wartungspläne, legen Sie Ersatzteile auf Lager und setzen Sie auf redundante Konstruktionen, um die Auswirkungen von Ausfällen zu reduzieren.