Pourquoi une salle blanche de substrat SiC semi-isolant nécessite-t-elle un blindage électromagnétique supplémentaire?

Les substrats SiC semi-isolateurs ont généralement une résistivité supérieure à1 × 107 Ω·cmet sont largement utilisés dansAmplificateurs de puissance RF 5G, appareils à haute fréquence et composants de stations de baseContrairement aux substrats SiC conducteurs, les substrats semi-isolateurs présentent des réactions différentes aux interférences électromagnétiques (EMI) et à l'accumulation électrostatique en raison de leur résistance électrique élevée.

Par conséquent, une salle blanche conçue pour la fabrication de substrats semi-isolateurs en SiC nécessite non seulement un contrôle de la contamination conventionnel, mais aussi des mesures supplémentaires.mesures de blindage électromagnétiquepour assurer la stabilité du processus et le rendement du dispositif.

1. Sources de sensibilité électromagnétique dans les substrats semi-isolateurs SiC

Les substrats de SiC semi-isolateurs atteignent une résistivité élevée grâcedopage de compensation au vanadiumoumécanismes de compensation des défauts intrinsèquesLa concentration et la répartition des impuretés profondes et des défauts cristallins influencent directement l'uniformité de résistivité sur le substrat.

Lors du traitement et de l'inspection, les substrats sont exposés à des champs électromagnétiques générés par l'environnement environnant.Ces champs électromagnétiques externes peuvent induire une redistribution de charge dans le substrat semi-isolateur de SiC.

Les sources électromagnétiques potentielles dans une salle blanche comprennent:

• Dispositifs à fréquence variable (DFC)
• Moteurs et systèmes de commande de mouvement
• Unités de filtrage des ventilateurs (FFU)
• Les ionisateurs
• Ballastes d'éclairage
• Appareils de communication sans fil

Ces sources génèrent des champs électromagnétiqueschamps de fréquence de puissance de 50 Hz à signaux RF au niveau GHz.

Lorsqu'elles sont exposées à des champs électromagnétiques alternatifs, les charges induites et les effets de courant localisés peuvent modifier le potentiel électrique de surface du substrat.

Les modifications du potentiel de surface du substrat peuvent affecter les processus en aval des semi-conducteurs:

• L'équipement doit être équipé d'un dispositif d'éclairage de qualité supérieure.
  Les substrats de SiC semi-isolants servent de supports pour le revêtement photorésistant.
• Planarisation mécanique chimique (CMP):
  Les variations du potentiel de surface peuvent affecter l'adsorption des particules abrasives et l'interaction de la suspension avec la surface du substrat, ce qui influence l'uniformité du polissage.
• Procédures d'inspection
  Les systèmes d'inspection par faisceau électronique et faisceau ionique sont sensibles aux perturbations électromagnétiques.

2Sélection des zones de protection électromagnétique

Une salle blanche à semi-isolation de substrat SiC ne nécessite pas d'écran électromagnétique dans toute l'installation.

• Conditions d'exposition du substrat
• Sensibilité du procédé
• Sensitivité électromagnétique de l'équipement

Lorsque les substrats restent à l'intérieur de supports de plaquettes scellés, les supports eux-mêmes fournissent un certain niveau de protection électromagnétique.

Les supports de plaquettes peuvent utiliser:

• Matériaux polymères conducteurs
• Structures en polymère revêtues de métal

Le boîtier de support doit également être mis à la terre électriquement.

Toutefois, une fois les substrats retirés des supports et exposés directement à l'environnement de la salle blanche, la protection électromagnétique doit être assurée par la structure de blindage de la salle blanche.

Les zones suivantes nécessitent un blindage électromagnétique prioritaire:

Zone de photolithographie

Après un revêtement photorésistant, la surface du substrat devient très sensible aux variations de potentiel électrique.

Zones de la MPC

Le contrôle du potentiel de surface est important pour maintenir un comportement stable de la suspension et une consistance de polissage.

Zone d'inspection

Les équipements d'inspection des faisceaux électroniques et ioniques sont très sensibles aux interférences électromagnétiques.

En comparaison,les zones de stockage et les couloirs de transfert de substrats ont généralement des exigences d'écran inférieures, car les substrats restent à l'intérieur de véhicules protégés par un écran électromagnétique pendant le transport et le stockage..

3. Conception de la couche de protection électromagnétique

Les structures de blindage électromagnétique des salles blanches utilisent généralement:

• Plaques métalliques
• Couches de mailles métalliques
• Structures de blindage conducteur intégrées

sont installés dans les murs, les plafonds et les sols.

Les matériaux de blindage les plus courants sont:

• Foil de cuivre
• Plaques d'acier galvanisé
• Plaques en acier inoxydable

L'épaisseur et la structure du matériau de blindage sont déterminées en fonction de l'efficacité de blindage requise.

Efficacité du blindage des cibles

Les performances de blindage doivent être spécifiées selon différentes gammes de fréquences:

Les valeurs cibles sont déterminées en fonction de la capacité de l'exposition électromagnétique à des fréquences spécifiques à générer une charge induite suffisante pour affecter le rendement du procédé.

Continuité électrique de la couche de protection

La structure de blindage doit maintenir une conductivité électrique continue.

Les exigences sont les suivantes:

• Les joints des panneaux de blindage doivent utiliser des joints conducteurs ou des rubans adhésifs conducteurs.
• La largeur de chevauchement doit être ≥ 50 mm.
• Les ouvertures dans les structures de blindage doivent utiliser des fenêtres de ventilation à guide d'onde.
• Les portes doivent être équipées de bandes d'étanchéité conductrices.
• Les cadres de porte et les bandes d'étanchéité doivent maintenir un contact électrique de tout le périmètre lorsqu'ils sont fermés.

Conception de mise à la terre

La couche de blindage doit adoptermise à la terre à un seul point.

Conditions de mise à la terre recommandées:

• Système de mise à la terre à faible impédance
• Résistance au sol ≤ 1 Ω

Les courants induits à l'intérieur des boucles de terre peuvent générer des champs magnétiques secondaires, réduisant l'efficacité globale du blindage.

4Gestion des sources de pollution électromagnétique dans les salles blanches

Les équipements électriques à l'intérieur des salles blanches sont une source majeure d'interférences électromagnétiques.

Les sources potentielles d'IME sont les suivantes:

• Moteurs à FFU
• Les ionisateurs
• Moteurs de transfert de plaquettes
• Ballastes d'éclairage

Les équipements installés à l'intérieur des zones protégées doivent être soumis à une évaluation des émissions électromagnétiques.

Sélection recommandée des équipements:

Systèmes FFU

Utilisationmoteurs à courant continu sans balaiau lieu de moteurs AC pour réduire les émissions électromagnétiques.

Les ionisateurs

Utiliser des ionisateurs stables en courant continu plutôt que des ionisateurs AC pulsés, qui peuvent générer un bruit électromagnétique à haute fréquence.

Systèmes d'éclairage

Utilisez un éclairage LED avec des conducteurs CC pour minimiser les champs magnétiques à fréquence de puissance générés par les ballasts de lampes fluorescentes.

La mise à la terre des équipements et le blindage des câbles

Les boîtiers métalliques des équipements doivent être mis à la terre.

Une bonne mise à la terre:

• Réduit le rayonnement électromagnétique des surfaces des équipements
• Prévient l'accumulation de charges électrostatiques

Gestion recommandée des câbles:

• câbles électriques: câbles blindés avec les deux extrémités mises à la terre
• câbles de signalisation: câbles blindés à paire tordue avec mise à la terre à une extrémité

5Coordination entre contrôle électrostatique et blindage électromagnétique

L'accumulation électrostatique sur les substrats semi-isolateurs de SiC est étroitement liée au blindage électromagnétique.

Les charges électrostatiques de surface peuvent générer des champs électriques locaux.

Coordination des ionisateurs et du blindage

Les ionisateurs à l'intérieur des zones protégées doivent être conçus en même temps que le système de mise à la terre de blindage.

Les ionisateurs génèrent des paires d'ions qui neutralisent les charges de surface.

Bien que ces courants ne produisent généralement pas de baisses de tension mesurables dans le système de mise à la terre, le placement de l'ionisateur doit assurer:

• Couverture ionique complète des zones de manutention du substrat
• Aucun flux d'air ionique direct vers les surfaces de blindage

Système unifié de mise à la terre

Les systèmes de mise à la terre suivants devraient partager un réseau de mise à la terre commun:

• Écran électromagnétique de mise à terre
• La mise à la terre de l'équipement
• Protection contre la mise à la terre par le DSE
• Équipotentiel de mise à la terre en salle blanche

Les différences potentielles entre les systèmes de mise à la terre indépendants peuvent générer des courants de terre.

6. Vérification de l'efficacité du blindage électromagnétique

Après l'installation, le système de blindage doit être soumis à un essai d'efficacité du blindage électromagnétique.

La plage de fréquence d'essai doit inclure:

• Champs magnétiques à haute fréquence
• Champs électriques RF
• Fréquences de micro-ondes

Les points de mesure doivent comprendre:

• Les joints des panneaux de protection
• Les ouvertures de porte
• Zones ouvertes
• Lieux de processus critiques

Méthode d'essai

Conformément aux normes d'essai de l'efficacité du blindage:

1. Une antenne émetteur est placée à l'extérieur de la zone blindée.
2. Une antenne réceptrice mesure la force du champ électromagnétique à plusieurs points à l'intérieur.
3. Les endroits ne répondant pas aux niveaux de blindage visés sont identifiés et renforcés.
4. Les essais de vérification sont effectués après l'amélioration.

Réépreuves périodiques

L' efficacité du blindage diminue avec le temps en raison:

• Vieillissement des joints conducteurs
• Perte d'élasticité des joints de porte
• Dégradation mécanique des joints

Le cycle de réessai doit être déterminé selon:

• Sensibilité électromagnétique du substrat
• Caractéristiques de vieillissement du matériau de blindage

Fréquence typique:

Une fois tous les 12 ans

7Exigences en matière de zonage et de blindage des salles blanches

8Conclusion

La résistivité élevée des substrats semi-isolants en SiC les rend plus sensibles aux interférences électromagnétiques et à l'accumulation électrostatique dans les environnements de salle blanche.

Les variations du potentiel de surface du substrat peuvent affecter:

• Uniformité du revêtement photorésistant
• Stabilité de polissage par CMP
• Précision de l'inspection du faisceau d'électrons

Par conséquent, les exigences en matière de blindage électromagnétique devraient être définies en fonction de la sensibilité du procédé.

Les domaines critiques tels que:

• Zones de photolitographie
• Zones de la MPC
• Zones d'inspection

devraient incorporer des structures de blindage électromagnétique au niveau du bâtiment.

Les objectifs d'efficacité du blindage doivent être spécifiés séparément pour les gammes de fréquences de puissance, de RF et de micro-ondes.La structure de blindage doit maintenir la continuité électrique et adopter une mise à la terre à un seul point..

Les sources de pollution électromagnétique interne doivent être contrôlées par la sélection de l'équipement, la conception de la mise à la terre et la gestion du blindage des câbles.

Le blindage électromagnétique et la protection électrostatique doivent être conçus comme un système intégré avec un réseau unifié de mise à la terre.l'efficacité du blindage doit être vérifiée et régulièrement réévaluée afin d'assurer la stabilité du processus à long terme et les performances du rendement des semi-conducteurs;.