Почему полуизоляционная чистая комната с Си-Си-Сабстратом требует дополнительной электромагнитной защиты?

Полуизоляционные субстраты SiC обычно имеют сопротивление выше1×107 Ω·сми широко используются вУсилители мощности 5G RF, высокочастотные устройства и компоненты базовой станцииВ отличие от проводящих SiC субстратов, полуизоляционные субстраты проявляют различные реакции на электромагнитные помехи (EMI) и электростатическое накопление из-за их высокого электрического сопротивления..

Поэтому чистый зал, предназначенный для производства полуизолирующего SiC-субстрата, требует не только обычного контроля загрязнения, но и дополнительногомеры электромагнитной защитычтобы обеспечить стабильность процесса и производительность устройства.

1. Источники электромагнитной чувствительности в полуизоляционных SiC субстратах

Полуизоляционные субстраты SiC достигают высокого сопротивления черезкомпенсационный допинг ванадияилимеханизмы компенсации внутренних дефектовКонцентрация и распределение глубоких примесей и кристаллических дефектов напрямую влияют на однородность сопротивления на подложке.

Во время обработки и проверки субстраты подвергаются воздействию электромагнитных полей, генерируемых окружающей средой.Эти внешние электромагнитные поля могут вызвать перераспределение заряда внутри полуизоляционного SiC-субстрата.

Потенциальные электромагнитные источники внутри чистой комнаты включают:

• Двигатели переменной частоты (VFD)
• Двигатели и системы управления движением
• Объекты фильтрации вентиляторов (FFU)
• Ионизаторы
• Балласты для освещения
• Устройства беспроводной связи

Эти источники генерируют электромагнитные поля в диапазоне отПоля мощности частоты 50 Гц к радиочастотным сигналам уровня ГГц.

При воздействии чередующихся электромагнитных полей индуцированные заряды и локализованные эффекты тока могут изменять поверхностный электрический потенциал подложки.

Изменения поверхностного потенциала подложки могут влиять на процессы полупроводников ниже по течению:

• Фотолитография:
  Полуизолирующие субстраты SiC служат носителями для фоторезистного покрытия. Неравномерный потенциал поверхности может влиять на поведение распространения фоторезиста, что приводит к изменению толщины покрытия.
• Химическая механическая плоскость (CMP):
  Изменения поверхностного потенциала могут влиять на адсорбцию абразивных частиц и взаимодействие отщепки с поверхностью подложки, влияя на однородность полировки.
• Процессы проверки:
  Системы проверки электронных и ионных лучей чувствительны к электромагнитным помехам.

2. Выбор областей электромагнитной защиты

Полуизоляционная чистая комната из SiC-субстрата не требует электромагнитной экранизации во всем помещении.

• Условия воздействия субстрата
• Чувствительность процесса
• Электромагнитная чувствительность оборудования

Когда подложки остаются внутри герметичных носителей пластинок, сами носители обеспечивают определенный уровень электромагнитной защиты.

На носителях пластин могут использоваться:

• Проводящие полимерные материалы
• Металлически покрытые полимерные конструкции

Особняк-носитель также должен быть электрически заземлен.

Однако, как только субстраты удаляются из носителей и подвергаются непосредственному воздействию среды чистой комнаты, электромагнитная защита должна обеспечиваться защитной конструкцией чистой комнаты.

Следующие области требуют приоритетной электромагнитной защиты:

Фотолитография

После фоторезистного покрытия поверхность подложки становится очень чувствительной к изменениям электрического потенциала.

Область CMP

Контроль поверхностного потенциала важен для поддержания стабильного поведения суспензии и консистенции полировки.

Область инспекции

Оборудование для проверки электронов и ионных лучей очень чувствительно к электромагнитным помехам.

Для сравнения,Области хранения субстратов и коридоры передачи, как правило, имеют более низкие требования к защите, поскольку субстраты остаются внутри электромагнитно защищенных носителей во время транспортировки и хранения..

3Проектирование электромагнитного защитного слоя

Электромагнитные защитные конструкции чистых помещений обычно используют:

• Металлические пластины
• Склады металлических сеток
• Встроенные проводящие защитные конструкции

устанавливаются в стенах, потолках и полах.

К распространенным материалам защиты относятся:

• Медная фольга
• Оцинкованные стальные листы
• Плиты из нержавеющей стали

Толщина и структура экранирующего материала определяются в соответствии с требуемой эффективностью экранирования.

Эффективность защиты цели

Производительность защиты должна быть определена в соответствии с различными диапазонами частот:

Целевые значения определяются исходя из того, может ли электромагнитное воздействие при определенных частотах генерировать достаточное индуцированное зарядное действие, чтобы повлиять на производительность процесса.

Электрическая непрерывность защитного слоя

Защитная конструкция должна поддерживать непрерывную электропроводность.

Требования включают:

• Сцепления защитных панелей должны использовать проводящие прокладки или проводящие клейкие ленты.
• Ширина перекрытия должна быть ≥ 50 мм.
• Открытия в ограждающих конструкциях должны использовать волноводящие вентиляционные окна.
• Двери должны быть оборудованы проводящими уплотнительными лентами.
• Крыши дверей и уплотнительные ленты должны поддерживать электрический контакт по всему периметру при закрытии.

Конструкция заземления

Защитный слой должен приниматьодноточечное заземление.

Рекомендуемые условия заземления:

• Система заземления с низкой импеданцией
• Сопротивление земли ≤1 Ω

В результате возникновения электрического тока в сети, возникают вторичные магнитные поля, что снижает эффективность защиты.

4Управление источниками электромагнитного загрязнения внутри чистой комнаты

Электрическое оборудование внутри чистых помещений является основным источником электромагнитных помех.

К потенциальным источникам ИПВ относятся:

• Двигатели FFU
• Ионизаторы
• Двигатели для переноса пластинок
• Балласты для освещения

Оборудование, установленное внутри защищенных зон, должно подвергаться оценке электромагнитных выбросов.

Рекомендуемый выбор оборудования:

Системы FFU

ИспользованиеДвигатели постоянного тока без щеткивместо двигателей переменного тока для уменьшения электромагнитных выбросов.

Ионизаторы

Используйте стабильные ионизаторы постоянного тока вместо импульсных ионизаторов переменного тока, которые могут генерировать высокочастотный электромагнитный шум.

Системы освещения

Используйте светодиодные освещения с приводами постоянного тока, чтобы свести к минимуму магнитные поля мощности и частоты, генерируемые балластами люминесцентных ламп.

Заземление оборудования и ограждение кабелей

Металлические корпуса оборудования должны быть заземлены.

Правильное заземление:

• Уменьшает электромагнитное излучение от поверхностей оборудования
• Предотвращает накопление электростатического заряда

Рекомендуемое управление кабелями:

• Электрические кабели: экранированные кабели с обоими концами, заземленными
• Сигнальные кабели: кабели с защитой из закрученной пары с заземлением на одном конце

5Координация между электростатическим управлением и электромагнитной защитой

Электростатическое накопление на полуизолирующих субстратах SiC тесно связано с электромагнитной экранизацией.

Электростатические заряды поверхности могут генерировать локальные электрические поля.

Координация ионизатора и щита

Ионизаторы внутри защищенных зон должны быть спроектированы вместе с защитной системой заземления.

Ионизаторы генерируют ионные пары, которые нейтрализуют поверхностные заряды.

Несмотря на то, что эти токи обычно не приводят к измеряемым падениям напряжения в системе заземления, размещение ионизатора должно обеспечивать:

• Полное ионное покрытие мест обработки субстрата
• Нет прямого потока ионного воздуха к защитным поверхностям

Единая система заземления

Следующие системы заземления должны иметь общую сеть заземления:

• Электромагнитное защитное заземление
• Заземление оборудования
• Заземление защиты от ESD
• Эквипотенциальное заземление в чистой комнате

Потенциальные различия между независимыми системами заземления могут генерировать наземные токи.

6. Проверка эффективности электромагнитной защиты

После установки система защиты должна пройти испытание эффективности электромагнитной защиты.

Диапазон частот испытаний должен включать:

• Магнитные поля мощной частоты
• РЧ электрические поля
• Микроволновые частоты

Точки измерения должны включать:

• Соединения защитных панелей
• Пробелы в дверях
• Зона открытия
• Местонахождение критических процессов

Метод испытания

Согласно стандартам испытаний эффективности экранирования:

1. Антенна передачи размещена за пределами защищенной зоны.
2. Принимающая антенна измеряет мощность электромагнитного поля в нескольких точках внутри.
3. Места, которые не могут соответствовать уровню защищенности цели, выявляются и усиливаются.
4. Проверка проводится после улучшения.

Периодическое повторное тестирование

Эффективность защиты со временем снижается из-за:

• Старые проводящие уплотнения
• Потеря эластичности дверных уплотнений
• Механическая деградация соединений

Цикл повторного испытания должен определяться согласно:

• Электромагнитная чувствительность подложки
• Характеристики старения экранирующего материала

Типичная частота:

Раз в 1 ‰ 2 года

7Требования к зонированию и ограждению чистых помещений

8Заключение.

Высокая сопротивляемость полуизоляционных субстратов SiC делает их более чувствительными к электромагнитным помехам и электростатическому накоплению в среде чистых помещений.

Изменения потенциала поверхности подложки могут влиять на:

• Однородность фоторезистентного покрытия
• Стабильность полировки CMP
• Точность проверки электронного луча

Следовательно, требования к электромагнитной защите должны быть определены в соответствии с чувствительностью процесса.

Критические области:

• Зоны фотолитографии
• Районы СРП
• Области инспекции

должны включать электромагнитные защитные конструкции на уровне здания.

Целевые показатели эффективности защиты должны быть отдельно определены для диапазонов частоты мощности, RF и микроволновых.Система защиты должна поддерживать электрическую непрерывность и использовать одноточечное заземление..

Внутренние источники электромагнитного загрязнения должны контролироваться путем выбора оборудования, проектирования заземления и управления защитой кабелей.

Электромагнитное ограждение и электростатическая защита должны быть спроектированы как интегрированная система с единой сетью заземления.эффективность экранирования должна проверяться и периодически проверяться, чтобы обеспечить долгосрочную стабильность процесса и производительность полупроводников..