Por que uma sala limpa de substrato de SiC semi-isolante requer proteção eletromagnética adicional?

Os substratos de SiC semi-isolantes têm tipicamente uma resistividade superior a1 × 107 Ω·cme são amplamente utilizadas emAmplificadores de potência de RF 5G, dispositivos de alta frequência e componentes de estações baseAo contrário dos substratos de SiC condutores, os substratos semi-isolantes apresentam respostas diferentes às interferências eletromagnéticas (EMI) e ao acúmulo eletrostático devido à sua elevada resistência elétrica.

Por conseguinte, uma sala limpa concebida para a fabricação de substrato de SiC semi-isolante requer não só controlo de contaminação convencional, mas tambémMedidas de blindagem eletromagnéticaPara assegurar a estabilidade do processo e o rendimento do dispositivo.

1. Fontes de sensibilidade eletromagnética em substratos de SiC semi-isolantes

Os substratos de SiC semi-isolantes alcançam uma elevada resistividade através deDopagem compensatória de vanádiooumecanismos de compensação de defeitos intrínsecosA concentração e a distribuição das impurezas de nível profundo e dos defeitos cristalinos influenciam directamente a uniformidade da resistividade no substrato.

Durante o processamento e a inspecção, os substratos são expostos a campos eletromagnéticos gerados pelo ambiente circundante.Estes campos eletromagnéticos externos podem induzir redistribuição de carga dentro do substrato de SiC semi-isolante.

As fontes eletromagnéticas potenciais dentro de uma sala limpa incluem:

• Dispositivos de frequência variável (VFD)
• Motores e sistemas de controlo de movimento
• Unidades de filtros de ventilador (FFU)
• Ionizadores
• Ballastos de iluminação
• Dispositivos de comunicação sem fios

Estas fontes geram campos eletromagnéticos que variam deCampo de frequência de potência de 50 Hz para sinais de RF a nível de GHz.

Quando expostos a campos eletromagnéticos alternados, as cargas induzidas e os efeitos de corrente localizados podem modificar o potencial elétrico da superfície do substrato.

As alterações no potencial da superfície do substrato podem afetar os processos a jusante dos semicondutores:

• Fotolitografia:
  Substratos de SiC semi-isolantes servem como portadores para revestimento fotoresistente.
• Planarização Química Mecânica (CMP):
  As variações do potencial de superfície podem afectar a adsorção de partículas abrasivas e a interacção da lama com a superfície do substrato, influenciando a uniformidade de polimento.
• Processos de inspecção:
  Os sistemas de inspecção de feixe de elétrons e de feixe de íons são sensíveis a perturbações eletromagnéticas.

2Selecção de zonas de protecção electromagnética

Uma sala limpa de substrato de SiC semisolador não requer blindagem eletromagnética em toda a instalação. Os requisitos de blindagem devem ser determinados de acordo com:

• Condições de exposição do substrato
• Sensibilidade do processo
• Sensitividade eletromagnética do equipamento

Quando os substratos permanecem dentro de portadores de wafer selados, os próprios portadores fornecem um certo nível de proteção eletromagnética.

Os portadores de wafer podem utilizar:

• Materiais de polímeros condutores
• Estruturas de polímeros revestidas de metal

A carcaça do suporte deve também estar ligada à terra electricamente.

No entanto, uma vez que os substratos são retirados dos suportes e expostos diretamente ao ambiente da sala limpa, a protecção eletromagnética deve ser fornecida pela estrutura de blindagem da sala limpa.

As seguintes áreas requerem blindagem eletromagnética prioritária:

Área de fotolitografia

Após o revestimento fotoresistente, a superfície do substrato torna-se altamente sensível às variações de potencial elétrico.

Área CMP

O controlo do potencial de superfície é importante para manter o comportamento estável da lama e a consistência do polimento.

Área de inspecção

Os equipamentos de inspecção de feixes de elétrons e de feixes de íons são altamente sensíveis às interferências eletromagnéticas.

Em comparação,As áreas de armazenamento de substratos e os corredores de transferência têm geralmente requisitos de blindagem mais baixos, porque os substratos permanecem dentro de transportadores blindados eletromagnéticamente durante o transporte e armazenamento..

3. Projeto de camada de blindagem eletromagnética

As estruturas de blindagem eletromagnética de salas limpas utilizam tipicamente:

• Placas metálicas
• Camadas de malha metálica
• Estruturas de blindagem condutoras incorporadas

instalados dentro de paredes, tetos e pisos.

Os materiais de blindagem mais comuns incluem:

• Folhas de cobre
• Chapas de aço galvanizadas
• Placas de aço inoxidável

A espessura e a estrutura do material de blindagem são determinadas em função da eficácia de blindagem exigida.

Eficácia da blindagem de alvos

O desempenho de blindagem deve ser especificado de acordo com diferentes faixas de frequência:

Os valores-alvo são determinados com base em se a exposição eletromagnética a frequências específicas pode gerar uma carga induzida suficiente para afetar o rendimento do processo.

Continuidade elétrica da camada de blindagem

A estrutura de blindagem deve manter uma condutividade elétrica contínua.

Os requisitos incluem:

• As juntas dos painéis de blindagem devem utilizar juntas condutivas ou fitas adesivas condutivas.
• A largura de sobreposição deve ser ≥ 50 mm.
• As aberturas das estruturas de blindagem devem utilizar janelas de ventilação guiadas por ondas.
• As portas devem estar equipadas com tiras de vedação condutoras.
• As estruturas das portas e as tiras de vedação devem manter um contato elétrico de perímetro completo quando fechadas.

Projeto de aterramento

A camada de blindagem deve adoptarAterramento de um único ponto.

Condições de aterragem recomendadas:

• Sistema de aterragem de baixa impedância
• Resistência do solo ≤ 1 Ω

Múltiples pontos de aterragem podem criar loops de aterragem.

4Gerenciamento de fontes de poluição eletromagnética dentro da sala limpa

Os equipamentos elétricos dentro das salas limpas são uma das principais fontes de interferência eletromagnética.

As fontes potenciais de IEM incluem:

• Motores FFU
• Ionizadores
• Motores de transferência de wafer
• Ballastos de iluminação

Os equipamentos instalados dentro de zonas blindadas devem ser submetidos a uma avaliação das emissões eletromagnéticas.

Seleção recomendada do equipamento:

Sistemas FFU

UtilizaçãoMotores de CC sem escovasem vez de motores AC para reduzir as emissões eletromagnéticas.

Ionizadores

Usar ionizadores DC estáveis em vez de ionizadores AC pulsados, que podem gerar ruído eletromagnético de alta frequência.

Sistemas de iluminação

Usar iluminação LED com controladores de CC para minimizar os campos magnéticos de frequência de potência gerados pelos lastros das lâmpadas fluorescentes.

Aquecimento do equipamento e blindagem dos cabos

As câmaras metálicas dos equipamentos devem estar aterradas.

Base adequada:

• Reduz a radiação electromagnética das superfícies dos equipamentos
• Previne o acúmulo de carga eletrostática

Gestão recomendada dos cabos:

• Cabos de alimentação: cabos blindados com ambas as extremidades ligadas à terra
• Cabos de sinalização: cabos blindados de par torcido com ligação à terra de ponta única

5Coordenação entre controlo electrostático e blindagem electromagnética

A acumulação eletrostática em substratos de SiC semi-isolantes está intimamente associada à blindagem eletromagnética.

Quando combinados com campos eletromagnéticos externos, esses efeitos podem aumentar a não uniformidade do potencial de superfície.

Coordenação do ionizador e da blindagem

Os ionizadores situados dentro de zonas blindadas devem ser concebidos em conjunto com o sistema de aterragem de protecção.

Os ionizadores geram pares de íons que neutralizam as cargas superficiais.

Embora estas correntes geralmente não produzam quedas de tensão mensuráveis no sistema de ligação à terra, a colocação do ionizador deve assegurar:

• Cobertura iônica total das áreas de manuseio do substrato
• Nenhum fluxo de ar iônico direto para as superfícies de blindagem

Sistema de aterragem unificado

Os seguintes sistemas de aterragem devem partilhar uma rede de aterragem comum:

• Aterramento por blindagem eletromagnética
• Aterramento do equipamento
• Proteção contra aterragem ESD
• Aquecimento equipotencial em sala limpa

Diferenças potenciais entre sistemas de aterragem independentes podem gerar correntes de aterragem.

6Verificação da eficácia da blindagem eletromagnética

Após a instalação, o sistema de blindagem deve ser submetido a ensaios de eficácia de blindagem eletromagnética.

A gama de frequências de ensaio deve incluir:

• Campos magnéticos de frequência de potência
• Campos elétricos de RF
• Frequências de microondas

Os pontos de medição devem incluir:

• Junções de painéis de blindagem
• Espaços abertos das portas
• Áreas abertas
• Localizações de processos críticos

Método de ensaio

De acordo com as normas de ensaio da eficácia da blindagem:

1. Uma antena de transmissão é colocada fora da área blindada.
2. Uma antena receptor mede a intensidade do campo eletromagnético em vários pontos no interior.
3. Os locais que não conseguem atingir os níveis de blindagem são identificados e reforçados.
4. Os ensaios de verificação são realizados após a melhoria.

Reexame periódico

A eficácia da blindagem diminui com o tempo devido a:

• Envelhecimento das juntas condutoras
• Perda de elasticidade das vedações das portas
• Degradação mecânica das juntas

O ciclo de reexame deve ser determinado de acordo com:

• Sensibilidade eletromagnética do substrato
• Características de envelhecimento do material de blindagem

Frequência típica:

Uma vez a cada 12 anos

7Requisitos de zonação e blindagem de salas limpas

8Conclusão

A alta resistividade dos substratos de SiC semi-isolantes torna-os mais sensíveis às interferências eletromagnéticas e ao acúmulo eletrostático em ambientes de salas limpas.

As variações no potencial de superfície do substrato podem afectar:

• Uniformidade do revestimento fotoresistente
• Estabilidade de polimento CMP
• Precisão da inspecção do feixe de elétrons

Por conseguinte, os requisitos de blindagem eletromagnética devem ser definidos em função da sensibilidade do processo.

Áreas críticas como:

• Zonas de fotolitografia
• Áreas de MPC
• Áreas de inspecção

devem incorporar estruturas de blindagem eletromagnética a nível do edifício.

Os objetivos de eficácia de blindagem devem ser especificados separadamente para os intervalos de frequência de potência, RF e microondas.A estrutura de blindagem deve manter a continuidade elétrica e adotar um único ponto de aterragem.

As fontes internas de poluição eletromagnética devem ser controladas através da selecção do equipamento, da concepção da ligação à terra e da gestão da blindagem dos cabos.

A protecção electromagnética e a protecção electrostática devem ser concebidas como um sistema integrado com uma rede de ligação à terra unificada.A eficácia da blindagem deve ser verificada e reexaminada periodicamente para garantir a estabilidade do processo a longo prazo e o rendimento do semicondutor..