Perché una stanza pulita con substrato SiC semi-isolatore richiede una protezione elettromagnetica aggiuntiva?

I substrati di SiC semi-isolatori hanno in genere una resistività superiore a1 × 107 Ω·cme sono ampiamente utilizzati inAmplificatori di potenza 5G RF, dispositivi ad alta frequenza e componenti della stazione baseA differenza dei substrati SiC conduttivi, i substrati semi-isolatori presentano risposte diverse alle interferenze elettromagnetiche (EMI) e all'accumulo elettrostatico a causa della loro elevata resistenza elettrica.

Pertanto, una stanza pulita progettata per la fabbricazione di substrati di SiC semi-isolatori richiede non solo un controllo convenzionale della contaminazione, ma anche ulteriorimisure di protezione elettromagneticaper garantire la stabilità del processo e il rendimento del dispositivo.

1Fonti di sensibilità elettromagnetica nei substrati semi-isolatori di SiC

I substrati di SiC semi-isolatori raggiungono una elevata resistività attraversodoping di compensazione del vanadioomeccanismi di compensazione dei difetti intrinseciLa concentrazione e la distribuzione delle impurità a livello profondo e dei difetti cristallini influenzano direttamente l'uniformità della resistività sul substrato.

Durante la lavorazione e l'ispezione, i substrati sono esposti a campi elettromagnetici generati dall'ambiente circostante.Questi campi elettromagnetici esterni possono indurre la ridistribuzione di carica all'interno del substrato semi-isolatore di SiC.

Le fonti elettromagnetiche potenziali all'interno di una stanza pulita includono:

• Dispositivi di trasmissione a frequenza variabile (VFD)
• Motori e sistemi di controllo del movimento
• Unità di filtraggio dei ventilatori (FFU)
• Ionizzatori
• Altri apparecchi per la produzione di luci
• Dispositivi di comunicazione wireless

Queste fonti generano campi elettromagnetici che vanno dacampi a frequenza di potenza di 50 Hz a segnali RF a livello di GHz.

Quando esposti a campi elettromagnetici alternativi, le cariche indotte e gli effetti di corrente localizzati possono modificare il potenziale elettrico superficiale del substrato.

Le variazioni del potenziale superficiale del substrato possono influenzare i processi dei semiconduttori a valle:

• Fotolitografia:
  I substrati di SiC semi-isolatori servono come vettori per il rivestimento fotoresistente.
• Pianificazione chimica meccanica (CMP):
  Le variazioni del potenziale superficiale possono influenzare l'assorbimento delle particelle abrasive e l'interazione dello slurry con la superficie del substrato, influenzando l'uniformità della lucidatura.
• Processi di ispezione:
  I sistemi di ispezione a fascio elettronico e a fascio ionico sono sensibili ai disturbi elettromagnetici, e le fluttuazioni del potenziale superficiale possono compromettere la precisione delle immagini e la stabilità delle misurazioni.

2Selezione delle aree di protezione elettromagnetica

Una stanza pulita a semi-isolamento con substrato di SiC non richiede schermatura elettromagnetica in tutto l'impianto.

• Condizioni di esposizione del substrato
• Sensibilità del processo
• Sensitività elettromagnetica delle apparecchiature

Quando i substrati rimangono all'interno di vettori di wafer sigillati, i vettori stessi forniscono un certo livello di protezione elettromagnetica.

I portatori di wafer possono utilizzare:

• Materiali polimerici conduttivi
• Strutture polimeriche rivestite di metallo

L'alloggiamento del vettore deve essere anche collegato alla terra elettricamente.

Tuttavia, una volta che i substrati vengono rimossi dai vettori ed esposti direttamente all'ambiente della stanza pulita, la struttura di schermatura della stanza pulita deve fornire una protezione elettromagnetica.

Le seguenti aree richiedono uno schermo elettromagnetico prioritario:

Area di fotolitografia

Dopo il rivestimento fotoresistente, la superficie del substrato diventa altamente sensibile alle variazioni di potenziale elettrico.

Zona CMP

Il controllo del potenziale superficiale è importante per mantenere un comportamento stabile dello slurry e la consistenza della lucidatura.

Zona di ispezione

Le apparecchiature di controllo del raggio elettronico e del raggio ionico sono molto sensibili alle interferenze elettromagnetiche.

In confronto,le aree di stoccaggio dei substrati e i corridoi di trasferimento hanno generalmente requisiti di schermatura inferiori perché i substrati rimangono all'interno di vettori blindati elettromagneticamente durante il trasporto e lo stoccaggio.

3. Disegno dello strato di protezione elettromagnetica

Le strutture di schermatura elettromagnetica delle stanze pulite utilizzano in genere:

• Piastre metalliche
• Strati di maglie metalliche
• Strutture di schermatura conduttive incorporate

installati all'interno di pareti, soffitti e pavimenti.

I materiali di schermatura più comuni sono:

• Fogli di rame
• Fogli di acciaio galvanizzato
• Piastre di acciaio inossidabile

Lo spessore e la struttura del materiale di schermatura sono determinati in base all'efficacia di schermatura richiesta.

Efficacia dello scudo di destinazione

Le prestazioni di schermatura devono essere specificate in base a differenti intervalli di frequenza:

I valori target sono determinati in base al fatto che l'esposizione elettromagnetica a frequenze specifiche possa generare una carica indotta sufficiente per influenzare la resa del processo.

Continuità elettrica dello strato di protezione

La struttura di schermatura deve mantenere una conduttività elettrica continua.

I requisiti comprendono:

• Le giunzioni dei pannelli di schermatura devono utilizzare guarnizioni conduttive o nastri adesivi conduttivi.
• La larghezza di sovrapposizione deve essere ≥ 50 mm.
• Le aperture delle strutture di schermatura devono utilizzare finestre di ventilazione a guida d'onda.
• Le porte devono essere dotate di strisce di tenuta conduttive.
• Le cornici delle porte e le strisce di tenuta devono mantenere il contatto elettrico per tutto il perimetro quando chiuse.

Progettazione della messa a terra

Lo strato di schermatura deve adottaremessa a terra a un solo punto.

Condizioni di messa a terra raccomandate:

• Sistema di messa a terra a bassa impedenza
• Resistenza alla terra ≤ 1 Ω

Le correnti indotte all'interno dei circuiti di terra possono generare campi magnetici secondari, riducendo l'efficacia complessiva della schermatura.

4- Gestione delle fonti di inquinamento elettromagnetico all'interno della stanza pulita

Le apparecchiature elettriche all'interno delle sale pulite sono una delle principali fonti di interferenze elettromagnetiche.

Tra le fonti potenziali di IME figurano:

• Motori FFU
• Ionizzatori
• Motori di trasferimento di wafer
• Altri apparecchi per la produzione di luci

Le apparecchiature installate all'interno di aree blindate devono essere sottoposte a una valutazione delle emissioni elettromagnetiche.

Selezione raccomandata dell'attrezzatura:

Sistemi FFU

Usomotori a corrente continua senza spazzoleinvece di motori CA per ridurre le emissioni elettromagnetiche.

Ionizzatori

Utilizzare ionizzatori DC stabili invece di ionizzatori AC pulsati, che possono generare rumori elettromagnetici ad alta frequenza.

Sistemi di illuminazione

Utilizzare illuminazione a LED con driver a corrente continua per ridurre al minimo i campi magnetici a frequenza di potenza generati dai zavorri delle lampade fluorescenti.

Terziamento delle apparecchiature e protezione dei cavi

Gli involucri metallici delle apparecchiature devono essere a terra.

Proprio attacco a terra:

• Riduce le radiazioni elettromagnetiche provenienti dalle superfici dell'attrezzatura
• Previene l'accumulo di carica elettrostatica

Gestione raccomandata dei cavi:

• Cavi elettrici: cavi blindati con entrambe le estremità a terra
• Cavi di segnalazione: cavi blindati a coppia tortuosa con messa a terra a una sola estremità

5Coordinamento tra controllo elettrostatico e schermatura elettromagnetica

L'accumulo elettrostatico su substrati di SiC semi-isolatori è strettamente associato alla schermatura elettromagnetica.

Le cariche elettrostatiche superficiali possono generare campi elettrici locali. Quando combinati con campi elettromagnetici esterni, questi effetti possono aumentare la non uniformità del potenziale superficiale.

Coordinamento degli ionizzatori e degli scudi

Gli ionizzatori all'interno delle zone blindate devono essere progettati insieme al sistema di messa a terra di schermatura.

Ionizzatori generano coppie di ioni che neutralizzano le cariche superficiali.

Sebbene queste correnti generalmente non producano cali di tensione misurabili nel sistema di messa a terra, il posizionamento dell'ionizzatore dovrebbe garantire:

• Copertura ionica completa delle aree di movimentazione del substrato
• Nessun flusso di aria ionica diretto verso le superfici di schermatura

Sistema di messa a terra unificato

I seguenti sistemi di messa a terra dovrebbero utilizzare una rete di messa a terra comune:

• Terrazzo a schermo elettromagnetico
• Terrazzo delle apparecchiature
• Terrazzo di protezione ESD
• Terrazzo equipotenziale in camera bianca

Le differenze potenziali tra i sistemi di messa a terra indipendenti possono generare correnti di terra.

6Verificazione dell'efficacia dello scudo elettromagnetico

Dopo l'installazione, il sistema di schermatura deve essere sottoposto a prove di efficacia di schermatura elettromagnetica.

L'intervallo di frequenza di prova deve includere:

• campi magnetici a frequenza di potenza
• Campi elettrici a RF
• Frequenze a microonde

I punti di misurazione dovrebbero includere:

• Fusioni di pannelli di schermatura
• Spazi vuoti delle porte
• Aree di apertura
• Luoghi di processo critici

Metodo di prova

Secondo le norme di prova dell'efficacia dello schermo:

1. Un'antenna di trasmissione è posizionata fuori dall'area blindata.
2. Un'antenna ricevente misura la forza del campo elettromagnetico in più punti all'interno.
3. I luoghi che non riescono a soddisfare i livelli di schermatura del bersaglio vengono identificati e rinforzati.
4. Le prove di verifica sono eseguite dopo il miglioramento.

Riperizioni periodiche

L' efficacia dello schermo diminuisce nel tempo a causa di:

• Invecchiamento delle guarnizioni conduttive
• Perdita di elasticità delle tenute delle porte
• Degradazione meccanica delle giunzioni

Il ciclo di riprova deve essere determinato in base a:

• Sensibilità elettromagnetica del substrato
• Caratteristiche di invecchiamento del materiale di schermatura

Frequenza tipica:

Una volta ogni 12 anni

7Requisiti per la zonazione e la protezione delle stanze pulite

8Conclusioni

L'elevata resistività dei substrati di SiC semi-isolatori li rende più sensibili alle interferenze elettromagnetiche e all'accumulo elettrostatico in ambienti di camera bianca.

Le variazioni del potenziale superficiale del substrato possono influenzare:

• Uniformità del rivestimento fotoresistente
• Stabilità di lucidatura CMP
• Precisione dell'ispezione del fascio elettronico

Pertanto, i requisiti di schermatura elettromagnetica dovrebbero essere definiti in base alla sensibilità del processo.

Aree critiche quali:

• Zone di fotolitografia
• Aree PMP
• Zone di ispezione

dovrebbero incorporare strutture di schermatura elettromagnetica a livello di edificio.

Gli obiettivi di efficacia di schermatura devono essere specificati separatamente per le fasce di frequenza di potenza, RF e microonde.La struttura di schermatura deve mantenere la continuità elettrica e adottare una messa a terra a punto singolo.

Le fonti interne di inquinamento elettromagnetico dovrebbero essere controllate attraverso la selezione delle apparecchiature, la progettazione della messa a terra e la gestione della schermatura dei cavi.

La protezione elettromagnetica e la protezione elettrostatica devono essere progettate come un sistema integrato con una rete di messa a terra unificata.l'efficacia dello schermo deve essere verificata e periodicamente riesaminata per garantire la stabilità a lungo termine del processo e le prestazioni di rendimento dei semiconduttori;.