अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट क्लीनरूम को अतिरिक्त विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण की आवश्यकता क्यों होती है?

अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट में आमतौर पर प्रतिरोधकता 1×10⁷ Ω·cm से अधिक होती है और इनका व्यापक रूप से 5G RF पावर एम्पलीफायरों, उच्च-आवृत्ति उपकरणों और बेस स्टेशन घटकों में उपयोग किया जाता है। सुचालक SiC सब्सट्रेट के विपरीत, अर्ध-चालक सब्सट्रेट अपनी उच्च विद्युत प्रतिरोधकता के कारण विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) और इलेक्ट्रोस्टैटिक संचय के प्रति अलग-अलग प्रतिक्रियाएँ प्रदर्शित करते हैं।

इसलिए, अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट निर्माण के लिए डिज़ाइन किए गए क्लीनरूम में न केवल पारंपरिक संदूषण नियंत्रण की आवश्यकता होती है, बल्कि प्रक्रिया स्थिरता और उपकरण उपज सुनिश्चित करने के लिए अतिरिक्त विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण उपायों की भी आवश्यकता होती है।

1. अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट में विद्युत चुम्बकीय संवेदनशीलता के स्रोत

अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट वैनैडियम क्षतिपूर्ति डोपिंग या आंतरिक दोष क्षतिपूर्ति तंत्र के माध्यम से उच्च प्रतिरोधकता प्राप्त करते हैं। गहरी-स्तरीय अशुद्धियों और क्रिस्टल दोषों की सांद्रता और वितरण सीधे सब्सट्रेट में प्रतिरोधकता की एकरूपता को प्रभावित करते हैं।

प्रसंस्करण और निरीक्षण के दौरान, सब्सट्रेट आसपास के वातावरण द्वारा उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के संपर्क में आते हैं। ये बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट के भीतर आवेश पुनर्वितरण को प्रेरित कर सकते हैं।

क्लीनरूम के अंदर संभावित विद्युत चुम्बकीय स्रोत शामिल हैं:

• परिवर्तनीय-आवृत्ति ड्राइव (VFD)
• मोटर और गति-नियंत्रण प्रणाली
• पंखा फिल्टर इकाइयाँ (FFU)
• का उपयोग करें।
• वेफर स्थानांतरण मोटर
• वायरलेस संचार उपकरण

ये स्रोत 50 हर्ट्ज पावर-फ्रीक्वेंसी फ़ील्ड से लेकर GHz-स्तरीय RF सिग्नलएकल-बिंदु ग्राउंडिंग

जब वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय फ़ील्ड के संपर्क में आते हैं, तो प्रेरित आवेश और स्थानीयकृत वर्तमान प्रभाव सब्सट्रेट की सतह विद्युत क्षमता को संशोधित कर सकते हैं।

सब्सट्रेट सतह क्षमता में परिवर्तन डाउनस्ट्रीम अर्धचालक प्रक्रियाओं को प्रभावित कर सकते हैं:

• फोटोलीथोग्राफी:
  अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट फोटोरेसिस्ट कोटिंग के लिए वाहक के रूप में काम करते हैं। गैर-समान सतह क्षमता फोटोरेसिस्ट फैलाव व्यवहार को प्रभावित कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप कोटिंग मोटाई में भिन्नता हो सकती है।
• रासायनिक यांत्रिक समतलन (CMP):
  सतह क्षमता भिन्नता अपघर्षक कणों के अधिशोषण और सब्सट्रेट सतह के साथ स्लरी की परस्पर क्रिया को प्रभावित कर सकती है, जिससे पॉलिशिंग की एकरूपता प्रभावित होती है।
• निरीक्षण प्रक्रियाएँ:
  इलेक्ट्रॉन-बीम और आयन-बीम निरीक्षण प्रणालियाँ विद्युत चुम्बकीय गड़बड़ी के प्रति संवेदनशील होती हैं। सतह क्षमता में उतार-चढ़ाव इमेजिंग सटीकता और माप स्थिरता को खराब कर सकते हैं।

2. विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण क्षेत्रों का चयन

अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट क्लीनरूम को पूरी सुविधा में विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण की आवश्यकता नहीं होती है। परिरक्षण आवश्यकताओं को निम्न के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए:

• सब्सट्रेट एक्सपोजर की स्थितियाँ
• प्रक्रिया संवेदनशीलता
• उपकरण विद्युत चुम्बकीय संवेदनशीलता

जब सब्सट्रेट सील वेफर वाहकों के अंदर रहते हैं, तो वाहक स्वयं विद्युत चुम्बकीय सुरक्षा का एक निश्चित स्तर प्रदान करते हैं।

वेफर वाहक उपयोग कर सकते हैं:

• सुचालक बहुलक सामग्री
• धातु-कोटेड बहुलक संरचनाएँ

वाहक आवास को विद्युत रूप से ग्राउंडेड भी किया जाना चाहिए।

हालांकि, एक बार जब सब्सट्रेट वाहकों से हटा दिए जाते हैं और सीधे क्लीनरूम वातावरण के संपर्क में आते हैं, तो क्लीनरूम परिरक्षण संरचना द्वारा विद्युत चुम्बकीय सुरक्षा प्रदान की जानी चाहिए।

निम्नलिखित क्षेत्रों में प्राथमिकता विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण की आवश्यकता होती है:

—

फोटोरेसिस्ट कोटिंग के बाद, सब्सट्रेट सतह विद्युत क्षमता भिन्नता के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हो जाती है। विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण कोटिंग की एकरूपता और लिथोग्राफी सटीकता बनाए रखने में मदद करता है।

पावर फ्रीक्वेंसी ≥20 dB, RF ≥40 dB

स्थिर स्लरी व्यवहार और पॉलिशिंग स्थिरता बनाए रखने के लिए सतह क्षमता नियंत्रण महत्वपूर्ण है।

पावर फ्रीक्वेंसी ≥20 dB, RF ≥40 dB

इलेक्ट्रॉन-बीम और आयन-बीम निरीक्षण उपकरण विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। स्वतंत्र परिरक्षण सुरक्षा की सिफारिश की जाती है।

तुलनात्मक रूप से, सब्सट्रेट भंडारण क्षेत्रों और स्थानांतरण गलियारों में आम तौर पर कम परिरक्षण आवश्यकताएं होती हैं क्योंकि सब्सट्रेट परिवहन और भंडारण के दौरान विद्युत चुम्बकीय परिरक्षित वाहकों के अंदर रहते हैं।

3. विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण परत डिजाइन

क्लीनरूम विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण संरचनाओं में आमतौर पर उपयोग किया जाता है:

• धातु प्लेटें
• धातु जाल परतें
• दीवारों, छतों और फर्शों के भीतर स्थापित

अंतर्निहित सुचालक परिरक्षण संरचनाएँ

।

• सामान्य परिरक्षण सामग्री में शामिल हैं:
• तांबे की पन्नी
• जस्ती स्टील शीट

स्टेनलेस स्टील प्लेटें

परिरक्षण आवश्यकता

लक्षित परिरक्षण प्रभावशीलता

≥30 dB

लक्षित मान इस आधार पर निर्धारित किए जाते हैं कि क्या विशिष्ट आवृत्तियों पर विद्युत चुम्बकीय एक्सपोजर पर्याप्त प्रेरित आवेश उत्पन्न कर सकता है जिससे प्रक्रिया उपज प्रभावित हो सकती है।

परिरक्षण परत की विद्युत निरंतरता

परिरक्षण संरचना को निरंतर विद्युत चालकता बनाए रखनी चाहिए।

• आवश्यकताओं में शामिल हैं:
• परिरक्षण पैनल जोड़ों का उपयोग सुचालक गैस्केट या सुचालक चिपकने वाली टेप का उपयोग करना चाहिए।
• ओवरलैपिंग चौड़ाई ≥50 मिमी होनी चाहिए।
• परिरक्षण संरचनाओं में उद्घाटन के लिए वेवगाइड वेंटिलेशन विंडो का उपयोग किया जाना चाहिए।
• दरवाजों को सुचालक सीलिंग स्ट्रिप्स से सुसज्जित किया जाना चाहिए।

दरवाजे के फ्रेम और सीलिंग स्ट्रिप्स बंद होने पर पूर्ण-परिधि विद्युत संपर्क बनाए रखना चाहिए।

ग्राउंडिंग डिजाइनपरिरक्षण परत को एकल-बिंदु ग्राउंडिंग

अपनाना चाहिए।

• अनुशंसित ग्राउंडिंग स्थितियाँ:
• कम-प्रतिबाधा ग्राउंडिंग प्रणाली

ग्राउंड प्रतिरोध ≤1 Ω

कई ग्राउंडिंग बिंदु ग्राउंड लूप बना सकते हैं। ग्राउंड लूप के भीतर प्रेरित धाराएँ द्वितीयक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकती हैं, जिससे समग्र परिरक्षण प्रभावशीलता कम हो जाती है।

4. क्लीनरूम के अंदर विद्युत चुम्बकीय प्रदूषण स्रोतों का प्रबंधन

क्लीनरूम के अंदर विद्युत उपकरण विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप का एक प्रमुख स्रोत हैं।

• संभावित EMI स्रोत शामिल हैं:
• का उपयोग करें।
• आयनाइज़र
• वेफर स्थानांतरण मोटर

प्रकाश व्यवस्था बैलास्ट

परिरक्षित क्षेत्रों के अंदर स्थापित उपकरणों का विद्युत चुम्बकीय उत्सर्जन मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

अनुशंसित उपकरण चयन:

FFU सिस्टमविद्युत चुम्बकीय उत्सर्जन को कम करने के लिए AC मोटरों के बजाय ब्रशलेस DC मोटर

का उपयोग करें।

आयनाइज़र

स्थिर DC आयनाइज़र का उपयोग करें, न कि स्पंदित AC आयनाइज़र का, जो उच्च-आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय शोर उत्पन्न कर सकते हैं।

प्रकाश व्यवस्था

फ्लोरोसेंट लैंप बैलास्ट द्वारा उत्पन्न पावर-फ्रीक्वेंसी चुंबकीय क्षेत्रों को कम करने के लिए DC ड्राइवरों के साथ LED प्रकाश व्यवस्था का उपयोग करें।

उपकरण ग्राउंडिंग और केबल परिरक्षण

उपकरण धातु बाड़ों को ग्राउंडेड किया जाना चाहिए।

• उचित ग्राउंडिंग:
• उपकरण सतहों से विद्युत चुम्बकीय विकिरण को कम करता है

इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज संचय को रोकता है

• अनुशंसित केबल प्रबंधन:
• पावर केबल: दोनों सिरों पर ग्राउंडेड केबल परिरक्षित

सिग्नल केबल: एकल-सिरे ग्राउंडिंग के साथ ट्विस्टेड-पेयर परिरक्षित केबल

5. इलेक्ट्रोस्टैटिक नियंत्रण और विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण के बीच समन्वय

अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रोस्टैटिक संचय विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है।

सतह इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेश स्थानीय विद्युत क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं। जब बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के साथ जोड़ा जाता है, तो ये प्रभाव सतह क्षमता की गैर-एकरूपता को बढ़ा सकते हैं।

आयनाइज़र और परिरक्षण समन्वय

परिरक्षित क्षेत्रों के अंदर आयनाइज़र को परिरक्षण ग्राउंडिंग प्रणाली के साथ मिलकर डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

आयनाइज़र आयन जोड़े उत्पन्न करते हैं जो सतह आवेशों को निष्क्रिय करते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान, परिरक्षण संरचना की ओर आयन की गति छोटे धाराओं को बना सकती है।

• हालांकि ये धाराएँ आम तौर पर ग्राउंडिंग प्रणाली में मापने योग्य वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न नहीं करती हैं, आयनाइज़र प्लेसमेंट को सुनिश्चित करना चाहिए:
• सब्सट्रेट हैंडलिंग क्षेत्रों का पूर्ण आयन कवरेज

परिरक्षण सतहों की ओर कोई प्रत्यक्ष आयन प्रवाह नहीं

एकीकृत ग्राउंडिंग प्रणाली

• निम्नलिखित ग्राउंडिंग प्रणालियों को एक सामान्य ग्राउंडिंग नेटवर्क साझा करना चाहिए:
• विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण ग्राउंडिंग
• उपकरण ग्राउंडिंग
• ESD सुरक्षा ग्राउंडिंग

क्लीनरूम समविभव ग्राउंडिंग

स्वतंत्र ग्राउंडिंग प्रणालियों के बीच संभावित अंतर ग्राउंड करंट उत्पन्न कर सकते हैं। ये धाराएँ परिरक्षण संरचना के अंदर चुंबकीय क्षेत्र बना सकती हैं और परिरक्षण प्रदर्शन को कम कर सकती हैं।

6. विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण प्रभावशीलता का सत्यापन

स्थापना के बाद, परिरक्षण प्रणाली को विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण प्रभावशीलता परीक्षण से गुजरना होगा।

• परीक्षण आवृत्ति सीमा में शामिल होना चाहिए:
• पावर-फ्रीक्वेंसी चुंबकीय क्षेत्र
• RF विद्युत क्षेत्र

माइक्रोवेव आवृत्तियाँ

• माप बिंदुओं में शामिल होना चाहिए:
• परिरक्षण पैनल जोड़
• दरवाजे के अंतराल
• खुले क्षेत्र

महत्वपूर्ण प्रक्रिया स्थान

परीक्षण विधि

1. परिरक्षण प्रभावशीलता परीक्षण मानकों के अनुसार:
2. एक ट्रांसमिटिंग एंटीना परिरक्षित क्षेत्र के बाहर रखा जाता है।
3. एक रिसीविंग एंटीना अंदर कई बिंदुओं पर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की शक्ति को मापता है।
4. लक्षित परिरक्षण स्तरों को पूरा करने में विफल रहने वाले स्थानों की पहचान की जाती है और उन्हें मजबूत किया जाता है।

सुधार के बाद सत्यापन परीक्षण किया जाता है।

आवधिक पुनः परीक्षण

• परिरक्षण प्रभावशीलता समय के साथ कम हो जाती है:
• सुचालक गैस्केट की उम्र बढ़ना
• दरवाजे की सील में लोच का नुकसान

जोड़ों का यांत्रिक क्षरण

• पुनः परीक्षण चक्र को निम्न के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए:
• सब्सट्रेट विद्युत चुम्बकीय संवेदनशीलता

परिरक्षण सामग्री की उम्र बढ़ने की विशेषताएँ

विशिष्ट आवृत्ति:

हर 1-2 साल में एक बार

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8. निष्कर्ष

अर्ध-चालक SiC सब्सट्रेट की उच्च प्रतिरोधकता उन्हें क्लीनरूम वातावरण में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और इलेक्ट्रोस्टैटिक संचय के प्रति अधिक संवेदनशील बनाती है।

• सब्सट्रेट सतह क्षमता में भिन्नता प्रभावित कर सकती है:
• फोटोरेसिस्ट कोटिंग की एकरूपता
• CMP पॉलिशिंग स्थिरता

इलेक्ट्रॉन-बीम निरीक्षण सटीकता

इसलिए, प्रक्रिया संवेदनशीलता के अनुसार विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण आवश्यकताओं को परिभाषित किया जाना चाहिए।

• महत्वपूर्ण क्षेत्र जैसे:
• फोटोलीथोग्राफी क्षेत्र
• CMP क्षेत्र

निरीक्षण क्षेत्र

भवन-स्तरीय विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण संरचनाओं को शामिल करना चाहिए।

परिरक्षण प्रभावशीलता लक्ष्यों को पावर-फ्रीक्वेंसी, RF और माइक्रोवेव श्रेणियों के लिए अलग से निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। परिरक्षण संरचना को विद्युत निरंतरता बनाए रखनी चाहिए और एकल-बिंदु ग्राउंडिंग अपनाना चाहिए।

आंतरिक विद्युत चुम्बकीय प्रदूषण स्रोतों को उपकरण चयन, ग्राउंडिंग डिजाइन और केबल परिरक्षण प्रबंधन के माध्यम से नियंत्रित किया जाना चाहिए।