Правила проектирования производственных помещений для микросхем и пластин

Комплексы для изготовления пластин - одни из самых дорогих в строительстве и эксплуатации. Положение усугубляется еще и тем, что дорогостоящее современное оборудование может потребовать замены уже в течение двух лет, а средняя продолжительность жизни завода по производству пластин обычно составляет пять лет. Следовательно, производство микросхем должно быть достаточно прибыльным, чтобы окупить затраты на строительство в течение двух лет, в противном случае успех предприятия маловероятен. Поэтому очень важно во время проектирования четко держать в голове задачу минимизации затрат на строительство и эксплуатацию чистых помещений.
Ниже будут рассмотрены правила, направленные на уменьшение этих затрат:
Исключайте излишества при проектировании. Создание сплошного вертикального потока воздуха, проходящего через пол на рециркуляцию и обеспечивающего класс чистоты ИСО 3 (класс J) - это наиболее гибкое, легкое и универсальное решение. Но подобное решение является и гарантией чрезмерной стоимости строительства и эксплуатации. Если вы определите рабочие зоны, наиболее уязвимые к загрязнениям, а затем изолируете их с помощью каких-либо перегородок (стекло, панели, пластик), то сможете снизить площадь наиболее дорогостоящих зон вплоть до 5% от общей площади чистого помещения.
Проектируйте гибкое производство. Любую систему старайтесь сделать способной к реорганизации, перемене оборудования, замене стен, фильтров, рециркуляционных систем, инженерных коммуникаций и т. п. Такой подход позволит снизить издержки в долговременной перспективе, а самое главное - приведет к минимальному неудобству для производственного процесса. Вы можете быть абсолютно уверены, что замена оборудования и технологий неизбежна, причем совершенно очевидно, что прежние планировки потребуют изменений, в том числе и в инженерных коммуникациях. Следовательно, необходимо предусматривать возможности расширения и перестройки чистого помещения.
Уменьшайте критическое пространство. Везде, где возможно, отгораживайте технологическое оборудование перегородками. Это позволит отделить маршрут движения продукта от оборудования и обслуживающего персонала. Зона, в которой находятся изделия (самый высокий уровень чистоты), должна быть максимально уменьшена по сравнению с зонами управления и размещения оборудования (более низкий класс чистоты). Именно здесь может быть достигнута наиболее значительная экономия. В идеальном случае в пространстве, в котором присутствует изделие, должен находиться только правильно обученный и правильно одетый персонал и устройства обращения с материалами (пластинами). В дальнейшем ручные загрузочные устройства могут быть легко заменены на автоматическую систему (если целесообразность этого подтвердит экономический анализ). Различие между уровнем загрязнений при использовании роботов или правильно одетого и обученного персонала невелико, поэтому пока целесообразность подобной замены вызывает сомнение.
Соблюдайте принцип достаточности. Проектируйте чистые помещения только там, где это необходимо, и только такого класса, который необходим. Это приведет к успеху.
Запомните, что чистая зона подобна вакууму - природа не терпит чистоты! Чем более чистой является зона, тем более существенны для нее утечки и перепад давления. Таким образом, всегда приемлемо решение, при котором чистую зону окружает буферная зона с меньшим уровнем чистоты и меньшим относительно чистой зоны давлением. Даже вход и выход из неконтролируемого пространства, осуществляемый через воздушный шлюз, создает вероятность для попадания загрязнений в чистую зону.
Всегда проверяйте технологическое оборудование. Перед установкой в чистом помещении технологическое оборудование должно быть тщательно очищено и проверено на наличие оставшихся загрязнений, а также на генерацию частиц или на способность их задерживать. Получите от производителя сертификат, в котором указан гарантируемый максимальный уровень загрязнений, генерируемых оборудованием, выраженный в количестве частиц, выделяющихся на одну пластину за один проход или в других единицах, свойственных этому оборудованию и поддающихся измерению. Такие гарантии изготовителя должны быть обязательным условием при закупке, поскольку источники загрязнений имеют огромное влияние на выход годной продукции.
Проектируя системы снабжения энергоносителями и технологическими средами:
• Обеспечивайте доступ для подключения оборудования без необходимости останавливать работу системы или чистого помещения.
• Обеспечивайте соответствующие скорости любых технологических потоков на таком уровне, чтобы исключить образование застойных зон и накопление загрязнений.
• Предотвращайте колебания давления и других параметров во время рабочего цикла. Даже небольшие вариации могут иметь губительные последствия для изделия. Это правило обязательно не только для входа, но и для выхода всех систем подачи и отвода технологических систем:
• подготовки и распределения газов;
• подготовки и распределения жидкостей;
• электроснабжения и заземления.
• Предусматривайте на всех линиях разводки газов и жидкостей (кроме деионизованной воды) через определенные расстояния точки крепления и запорные вентили, чтобы иметь возможность осуществлять дополнительные подключения без опасности загрязнить технологическую линию, поскольку она после загрязнения практически не поддается очистке. Система деионизованной воды должна быть оснащена изолированными вентилями и соединениями для стерилизации в связи с возможной необходимостью:
• подводки новых линий и ответвлений;
• выполнения стерилизации;
• проведения проверки подтверждения стерильности и чистоты;
• доступа в систему.
• Всегда предусматривайте размещение финишной фильтрации газов и жидкостей после всех клапанов, пробоотборников и измерительных устройств, т. е. чтобы фильтр был последним элементом перед точкой их использования. Это очень важно по двум причинам: во-первых, оборудование может быть заменено или модифицировано, а трубопроводная система при этом останется чистой, и, во-вторых, пока не существует вентилей, которые при работе не вносили бы в технологический поток частицы, способные оказать влияние на выход годных изделий или стать причиной брака.

Избавляйтесь от вибрации и электромагнитных помех. Вибрация и электромагнитные поля стали весьма опасными для производства. Оба эти фактора имеют много схожего и должны учитываться при проектировании на самой ранней стадии - при выборе площадки для строительства. Площадка принимается после изучения ее сейсмической активности, свойств грунта, близости к железным дорогам, скоростным трассам, аэродромам, взлетно-посадочным полосам, промышленным предприятиям и водным пространствам, поскольку волны, ударяясь о берег, генерируют колебания земли очень опасной низкой частоты, которые чрезвычайно трудно ослабить.
Расположенные поблизости от площадки большие электрические машины с вращающимися частями создают как вибрацию почвы, так и электромагнитное поле, напряженность которого меняется как квадрат мощности. Линии высокого напряжения не только генерируют электромагнитные поля, но также могут вызвать вибрацию некоторых элементов конструкций с частотами, кратными (или дробными) несущей частоте.
Все эти (и прочие) факторы должны быть оценены экспертами, знакомыми с требованиями к производству микроэлектроники, до того, как будет принято решение о строительстве. Деньги и время, затраченные на исследования, могут сэкономить огромные средства, которые потребуются для исправления ошибок. В любом случае полученные данные необходимы для определения параметров при проектировании фундаментов, колонн, элементов конструкций здания и т. п.

Определите, как должно строиться чистое помещение. Успех проекта чистого помещения в значительной степени зависит от того, что положено на бумагу, и как это построено. Однако часто игнорируется одна особенность, хотя она и находится в сфере компетенции проектировщика - это определение момента, когда и на какой стадии строительства должна быть задействована система контроля за чистотой.
Возможно, это самое главное указание, которое может сделать проектировщик. От его своевременности зависит количество строительной грязи, которая в дальнейшем может серьезно повлиять на производство. Грязь, внесенная в помещение во время строительства, может выделяться в ходе технологических процессов и, таким образом, предопределить успех или провал будущего предприятия.
Мои рекомендации заключаются в том, что процедуры по обеспечению чистоты надо начинать реализовывать сразу же после окончания «грязных» строительных работ до монтажа систем обслуживания, различных коммуникаций и установки технологического оборудования. Именно с этого момента необходимо проводить постоянную очистку для предотвращения неприятностей, которые могут возникнуть позже.
Процедуры по обеспечению чистоты должны включать: вакуумную уборку (с использованием щеток) всех поверхностей, влажную очистку с использованием неионогенных поверхностно активных веществ, споласкивание деионизованной водой и окончательную протирку - вплоть до момента пуска систем обеспечения. Соблюдение таких процедур даст возможность достичь проектных параметров чистоты в помещении буквально за секунды после включения системы, а впоследствии иметь дело лишь с незначительными отклонениями от их значений.