Waarom vereist een semi-isolatieve SiC-substraat schoonkamer extra elektromagnetisch afscherming?

Semi-isolatieve SiC-substraten hebben doorgaans een resistiviteit hoger dan1 × 107 Ω·cmen worden veel gebruikt in5G-RF-versterkers, hoogfrequente apparaten en basisstationcomponentenIn tegenstelling tot geleidende SiC-substraten vertonen semi-isolatieve substraten verschillende reacties op elektromagnetische interferentie (EMI) en elektrostatische accumulatie vanwege hun hoge elektrische weerstand.

Daarom vereist een schoonruimte die is ontworpen voor de vervaardiging van semi-isolatieve SiC-substraten niet alleen conventionele besmettingstests, maar ook extraelektromagnetische afschermingom de stabiliteit van het proces en het rendement van het apparaat te waarborgen.

1Bronnen van elektromagnetische gevoeligheid in semi-isolatieve SiC-substraten

Semi-isolatieve SiC-substraten bereiken een hoge weerstand doorvanadiumcompensatie dopingofmechanismen voor compensatie van intrinsieke gebrekenDe concentratie en de verdeling van de onzuiverheden op diep niveau en de kristalfouten beïnvloeden rechtstreeks de uniformiteit van de resistiviteit over het substraat.

Tijdens de verwerking en inspectie worden de substraten blootgesteld aan elektromagnetische velden die door de omgeving worden gegenereerd.Deze externe elektromagnetische velden kunnen ladingherverdeling induceren binnen het semi-isolatieve SiC-substraat.

Potentiële elektromagnetische bronnen in een cleanroom zijn:

• Variabele frequentiedrivers (VFD's)
• motoren en bewegingscontrolesystemen
• Ventilatorfiltereenheden (FFU)
• Ionisatoren
• Verlichtingsballasten
• Draadloze communicatieapparaten

Deze bronnen genereren elektromagnetische velden variërend van50 Hz-krachtfrequentievelden naar RF-signalen op GHz-niveau.

Bij blootstelling aan wisselende elektromagnetische velden kunnen geïnduceerde ladingen en gelokaliseerde stroomeffecten het elektrische oppervlaktepotentieel van het substraat wijzigen.

Veranderingen in het oppervlaktepotentieel van het substraat kunnen gevolgen hebben voor processen in de stroomafwaartse richting van halfgeleiders:

• Fotolitografie:
  Een half-isolatieve SiC-substraat dient als drager voor een fotoresist coating.
• Chemische mechanische platvorming (CMP):
  De oppervlaktepotentiële variaties kunnen van invloed zijn op de adsorptie van schuurstofdeeltjes en de interactie van de slurry met het substraatoppervlak, waardoor de polijstuniformiteit wordt beïnvloed.
• Inspectieprocessen:
  Elektronenstraal- en ionstraalinspectiesystemen zijn gevoelig voor elektromagnetische verstoringen.

2Selectie van elektromagnetische afschermingsgebieden

Een halfisolatieve SiC-substraat schoonkamer vereist geen elektromagnetisch afscherming in de gehele installatie.

• Expositietoestanden voor het substraat
• Procesgevoeligheid
• Elektromagnetische gevoeligheid van apparatuur

Wanneer substraten in afgesloten waferdragers blijven, bieden de dragers zelf een bepaald niveau van elektromagnetische bescherming.

Waferdragers mogen:

• andere, met een breedte van niet meer dan 15 mm
• Metalen gecoate polymerconstructies

De dragerbehuizing moet ook elektrisch geaard zijn.

Zodra de substraten echter van de dragers zijn verwijderd en rechtstreeks aan de omgeving van de cleanroom zijn blootgesteld, moet de elektromagnetische bescherming worden geboden door de afschermingsstructuur van de cleanroom.

De volgende gebieden vereisen prioritaire elektromagnetische afscherming:

Fotolithografiegebied

Na fotoresist coating wordt het substraatoppervlak zeer gevoelig voor elektrische potentiële variaties.

CMP-gebied

De controle van het oppervlakpotentieel is belangrijk voor het handhaven van een stabiel slijmgedrag en de consistentie van het polijsten.

Inspectiegebied

Elektronenstraal- en ionstraalinspectieapparatuur zijn zeer gevoelig voor elektromagnetische interferentie.

Ter vergelijking:Substraatopslagruimten en overdrachtscorridors hebben over het algemeen lagere afschermingsvereisten omdat de substraten tijdens transport en opslag in elektromagnetisch afgeschermde dragers blijven.

3Ontwerp van de elektromagnetische afschermingslaag

Elektromagnetische afschermingsconstructies voor schoonruimtes gebruiken meestal:

• Metalen platen.
• metalen gaaslagen
• Ingebouwde geleidende afschermingsconstructies

geïnstalleerd in muren, plafonds en vloeren.

De meest voorkomende afschermingsmaterialen zijn:

• koperen folie
• met een breedte van niet meer dan 50 mm
• Platen van roestvrij staal

De dikte en de structuur van het afschermingsmateriaal worden bepaald op basis van de vereiste afschermingsdoeltreffendheid.

Effectief afscherming van doelwitten

De afschermingsprestaties moeten worden gespecificeerd volgens verschillende frequentiebereiken:

De streefwaarden worden bepaald op basis van de vraag of elektromagnetische blootstelling bij specifieke frequenties voldoende induciële lading kan genereren om het procesopbrengst te beïnvloeden.

Elektrische continuïteit van de afschermingslaag

De afschermingsstructuur moet een continue elektrische geleidbaarheid behouden.

De vereisten zijn onder meer:

• Bij de afschermingspaneelverbindingen moeten geleidende pakkingen of geleidende kleefbanden worden gebruikt.
• De overlappende breedte moet ≥ 50 mm zijn.
• De openingen in de afschermingsconstructies dienen golfgeleide ventilatievensters te bevatten.
• De deuren moeten voorzien zijn van geleidende afdichtbanden.
• De deurframes en de afdichtingsstroken moeten een volledig elektrisch contact behouden wanneer ze gesloten zijn.

Ontwerp van de aarding

De afschermingslaag moetéénpuntsaansluiting.

Aanbevolen grondingsomstandigheden:

• Groundingsysteem met lage impedantie
• Grondweerstand ≤ 1 Ω

Meerdere aardingspunten kunnen aardingslussen creëren.

4Beheer van elektromagnetische verontreinigingsbronnen in de schoonruimte

Elektrische apparatuur in cleanrooms is een belangrijke bron van elektromagnetische interferentie.

Potentiële bronnen van EMI zijn onder meer:

• FFU-motoren
• Ionisatoren
• Wafertransfermotoren
• Verlichtingsballasten

Apparatuur die in afgeschermde ruimtes is geïnstalleerd, moet worden onderworpen aan een evaluatie van de elektromagnetische emissies.

Aanbevolen uitrusting:

FFU-systemen

Gebruikborstelloze gelijkstroommotorenin plaats van wisselstroommotoren om elektromagnetische emissies te verminderen.

Ionisatoren

Gebruik stabiele gelijkstroom-ionisatoren in plaats van gepulseerde wisselstroom-ionisatoren, die hoogfrequent elektromagnetisch lawaai kunnen veroorzaken.

Verlichtingssystemen

Gebruik LED-verlichting met gelijkstroomdrivers om de magnetische velden van de krachtfrequentie van de fluorescerende lampballast te minimaliseren.

Aarding van apparatuur en afschirming van kabels

De metalen behuizingen van de apparatuur moeten aan de grond worden bevestigd.

De juiste gronding:

• Vermindert elektromagnetische straling van apparatuuroppervlakken
• Vermijdt de ophoping van elektrostatische lading

Aanbevolen kabelbeheer:

• Elektrische kabels: afgeschermde kabels met beide uiteinden geaard
• Signalkabels: afgeschermde kabels met een enkel einde met aarding

5Coördinatie tussen elektrostatische besturing en elektromagnetisch afscherming

Elektrostatische accumulatie op semi-isolatieve SiC-substraten is nauw verbonden met elektromagnetisch afscherming.

Elektrostatische ladingen op het oppervlak kunnen lokale elektrische velden genereren.

Coördinatie van ionisatoren en afscherming

Ionisatoren in afgeschermde gebieden moeten samen met het afschermingsaansluitingssysteem worden ontworpen.

Ionisatoren genereren ionenparen die oppervlakteladingen neutraliseren.

Hoewel deze stromen over het algemeen geen meetbare spanningsdalingen in het aardingssysteem veroorzaken, moet de plaatsing van de ionisator zorgen voor:

• Volledige ionische dekking van substraatbehandelingsgebieden
• Geen directe ionluchtstroom naar afschermende oppervlakken

Gezamenlijk aardingssysteem

De volgende aardingssystemen moeten een gemeenschappelijk aardingsnetwerk hebben:

• Elektromagnetische afscherming
• Aarding van de apparatuur
• Aarding van de ESD-bescherming
• Equipotentiële aarding in de schoonruimte

Potentiële verschillen tussen onafhankelijke aardingssystemen kunnen grondstromen veroorzaken.

6. Verificatie van de effectiviteit van elektromagnetisch afscherming

Na de installatie moet het afschermingssysteem worden getest op de elektromagnetische afschermingseffectiviteit.

Het testfrequentiebereik moet omvatten:

• Magnetische velden met een krachtfrequentie
• RF-elektrische velden
• Mikrogolffrequenties

De meetpunten moeten omvatten:

• Verbindingen van schildpanelen
• Deurscheuren
• Openingsgebieden
• Critische proceslocaties

Testmethode

Volgens de normen voor het testen van de afschirmingsdoeltreffendheid:

1. Een zendantenne wordt buiten het afgeschermde gebied geplaatst.
2. Een ontvangende antenne meet de sterkte van het elektromagnetische veld op meerdere punten binnenin.
3. Plaatsen die niet voldoen aan de doelschildingsniveaus worden geïdentificeerd en versterkt.
4. Verificatietests worden na de verbetering uitgevoerd.

Periodiek opnieuw testen

De effectiefheid van de afscherming neemt in de loop van de tijd af door:

• Veroudering van geleidende pakkingen
• Verlies van elasticiteit in deurdichtingen
• Mechanische afbraak van gewrichten

De hertestcyclus moet worden bepaald volgens:

• Elektromagnetische gevoeligheid van het substraat
• Beschermingsmateriaal verouderingskenmerken

Typische frequentie:

Eén keer per 1 ̊2 jaar

7. Verplichtingen inzake zonering en afscherming van schoonruimtes

8Conclusies

De hoge weerstand van semi-isolatieve SiC-substraten maakt ze gevoeliger voor elektromagnetische interferentie en elektrostatische accumulatie in een cleanroomomgeving.

Variaties in het oppervlakpotentieel van het substraat kunnen van invloed zijn op:

• Uniformiteit van de fotoresistente coating
• CMP-poetsstabiliteit
• Precisiteit van de elektronstraalinspectie

Daarom moeten de eisen inzake elektromagnetisch afscherming worden vastgesteld op basis van de gevoeligheid van het proces.

Critische gebieden zoals:

• Fotolithografie zones
• CMP-gebieden
• Inspectiegebieden

moeten elektromagnetische afschermingsstructuren op gebouwniveau bevatten.

De doelstellingen voor de effectieve afscherming moeten afzonderlijk worden gespecificeerd voor de frequentiebereiken van vermogen, RF en microgolf.De afschermingsconstructie moet elektrische continuïteit behouden en een enkelpuntsaansluiting hebben.

Interne elektromagnetische verontreinigingsbronnen moeten worden beheerd door middel van de selectie van apparatuur, het ontwerp van de aarding en het beheer van de afschirming van kabels.

Elektromagnetische afscherming en elektrostatische bescherming moeten worden ontworpen als een geïntegreerd systeem met een verenigd aardingsnetwerk.de afschirmingsdoeltreffendheid moet worden gecontroleerd en periodiek opnieuw worden getest om de langetermijnstabiliteit van het proces en de prestaties van het halfgeleideropbrengst te waarborgen;.