Salas blancas en la industria de semiconductores: "guardianes ultralimpios" y núcleo de la innovación tecnológica en procesos avanzados

I. Normas técnicas básicas para salas blancas de semiconductores: requisitos de control ambiental extremadamente estrictos

Las salas blancas de semiconductores cumplen con la norma ISO 14644-1. Los niveles de limpieza aumentan con las mejoras en los procesos. Los indicadores técnicos fundamentales giran en torno a cuatro dimensiones: control de partículas, control de temperatura y humedad, organización del flujo de aire y control electrostático y de vibraciones, lo que garantiza un entorno estable durante todo el proceso de fabricación.

(I) Niveles de limpieza: De la clase ISO 3 a la clase ISO 1 – Avances ultralimpios

Los diferentes procesos corresponden a estándares de limpieza específicos: por debajo de 7 nm se requiere ISO Clase 3, mientras que por debajo de 5 nm se requiere ISO Clase 1-2, el nivel más alto de ambiente ultralimpio. Para cumplir con los requisitos extremos de control de polvo, se ha establecido un sistema de filtración de cuatro etapas: prefiltro, filtro de eficiencia media, filtro HEPA y filtro ULPA. Los medios filtrantes de producción nacional han logrado una sustitución de importaciones de alta precisión.

(II) Parámetros ambientales: control de temperatura, humedad y presión de alta precisión

La fabricación de semiconductores exige un control riguroso de la temperatura y la humedad. La temperatura debe mantenerse estable a 22 ± 0,5 °C (± 0,1 °C para procesos avanzados) y la humedad relativa entre el 40 % y el 60 %. Las salas blancas deben mantener un gradiente de presión positivo ≥10 Pa, y el control de vibraciones en áreas como la litografía EUV debe ser inferior a 0,05 μm/s para garantizar la precisión de la litografía.

(III) Organización del flujo de aire: Diseño de flujo unidireccional de alta frecuencia

El área central adopta un diseño de flujo unidireccional vertical, utilizando unidades de flujo de aire (FFU) completamente distribuidas para un flujo de aire uniforme. La tasa de intercambio de aire en la sala limpia de Clase 100 es ≥500 veces/hora, con una tasa de cobertura de FFU ≥60% y permite ajustar la velocidad por zonas para adaptarse a los requisitos de flujo de aire de los diferentes procesos.

II. Equipos básicos para salas blancas de semiconductores: un sistema de protección ultralimpio personalizado

Los equipos de sala limpia para semiconductores se centran en el control máximo del polvo, la regulación precisa y la operación y el mantenimiento inteligentes, conformando un sistema totalmente personalizado. El rendimiento del equipo determina directamente la calidad operativa y el rendimiento del chip.

(I) Sistema de purificación de aire: filtración de ultraalta eficiencia y suministro de aire preciso

Filtro progresivo de cuatro etapas: La línea principal de intercepción de contaminación, que utiliza filtros ULPA de ultraalta eficiencia para lograr la máxima intercepción de partículas de 0,1 μm. Los medios filtrantes nacionales han logrado sustituir las importaciones.

FFU inteligente: integra funciones de ventilador y filtración, utiliza un motor de ahorro de energía de alta eficiencia, admite monitoreo remoto y alerta temprana de fallas, lo que reduce significativamente el tiempo de inactividad no planificado.

Sistema de suministro y retorno de aire dedicado: conductos de baja resistencia combinados con diseño de piso elevado, con costuras altamente selladas para evitar la infiltración de contaminación externa.

(II) Sistema de control ambiental: Control de temperatura, humedad y microambiente de alta precisión

Aire acondicionado para salas blancas de alta precisión: integra múltiples funciones, utiliza tecnología de regulación PID y está equipado con unidades redundantes para garantizar la estabilidad de los parámetros.

Sistema de control de entorno grande (LMC): crea un entorno local de mayor limpieza para equipos críticos como la litografía EUV, lo que garantiza la estabilidad de los procesos centrales.

Equipo de control electrostático y de vibraciones: Los ventiladores de iones eliminan la electricidad estática y el equipo de amortiguación de alta precisión controla la vibración para cumplir con los requisitos del proceso de litografía.

(III) Sistema de Purificación de Personal/Materiales: Previene la contaminación en la fuente.

Ducha de aire/ducha de carga: paso esencial para personal y materiales; el flujo de aire de alta velocidad elimina el polvo; el enclavamiento de doble puerta evita la contaminación cruzada; algunos modelos incluyen la función de eliminación electrostática.

Ventana de transferencia estéril: esterilización UV + aislamiento con cortina de aire; los modelos de alta gama integran monitoreo de partículas para garantizar una transferencia de material limpio.

Equipo para salas blancas antiestático: fabricado con materiales antiestáticos y libres de polvo, las áreas de alta limpieza requieren un conjunto completo de equipos sellados para reducir la contaminación causada por humanos en la fuente.

(IV) Sistema de Monitoreo y Mantenimiento: Gestión inteligente a lo largo de todo el ciclo de vida.

Equipo de monitoreo de parámetros completos: Contadores de partículas, sensores de temperatura y humedad forman una red de monitoreo integral.

Sistema de control y alerta temprana impulsado por IA: un sistema LCM basado en IoT permite la predicción del riesgo de contaminación y el ajuste automático, lo que reduce significativamente los costos de operación y mantenimiento y los riesgos de inactividad.

Equipo de limpieza dedicado: Limpieza de alta frecuencia con equipos como aspiradoras sin polvo; controles regulares de fugas de los filtros garantizan el rendimiento.

III. Núcleo de la operación y el mantenimiento de salas blancas de semiconductores: Gestión integral del proceso centrada en la prevención

La operación y el mantenimiento de las salas blancas de semiconductores se rigen por los principios de "prevención prioritaria, monitoreo en tiempo real y respuesta rápida". Cualquier descuido puede provocar una disminución del rendimiento o la interrupción de la producción. La atención se centra en resolver problemas como la contaminación por partículas, las fluctuaciones de temperatura y humedad, y el desequilibrio de presión.

(I) Problemas comunes de operación y mantenimiento y soluciones

Contaminación excesiva por partículas: supervise y reemplace periódicamente los filtros, estandarice las operaciones del personal y optimice los planes de limpieza para áreas de alta frecuencia.

Temperatura y humedad inestables: calibre los sensores, optimice la lógica de ajuste, equipe con unidades de respaldo y fortalezca el sellado de la estructura del gabinete.

Desequilibrio de presión: calibre los sensores, optimice el diseño del flujo de aire, restrinja el acceso del personal y reemplace rápidamente los componentes bloqueados.

Tiempo de inactividad por fallas del equipo: desarrolle planes de mantenimiento preventivo, acumule repuestos y adopte diseños redundantes para reducir el impacto de las fallas.