CC BY
41
УДК 62-519
Н.Е. Орлов
магистрант,
кафедра «Технология приборостроения», ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»
НЕОБХОДИМОСТЬ ВВЕДЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ В ЧИСТЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Аннотация. В статье рассматривается персонал в чистых производственных помещениях как один из источников загрязняющих частиц, а также негативное влияние условий труда в чистых производственных помещениях на персонал. Предлагается введение дистанционного управления технологическим оборудованием в чистых производственных помещениях.
Ключевые слова: микроэлектроника, чистые производственные помещения, воздух, частица, загрязнение, персонал, дистанционное управление, технологическое оборудование.
N.E. Orlov, Bauman Moscow State Technical University
THE NEED FOR INTRODUCTION OF REMOTE CONTROL OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT IN
CLEANROOMS
Abstract. The article discusses the personnel in cleanrooms as one of the sources of contaminants and the negative impact of working conditions in cleanrooms for staff. It is proposed to introduce remote control of technological equipment in cleanrooms.
Keywords: microelectronics, cleanrooms, air, particle, contaminants, staff, remote control, technological equipment.
Микроэлектроника требует наличия чистого воздуха в производственных зонах для бездефектного производства. Интеграция микросхем с каждым годом увеличивается, и поэтому становится все труднее предотвращать дефекты в процессе их производства. Частицы металла, бактерии и прочие загрязнения в рабочей зоне вызывают дефекты производимых устройств. Поэтому степень чистоты воздушной среды напрямую влияет на процент выхода годных изделий. Применение чистых производственных помещений в микроэлектронике помогает обеспечить высокое качество микросхем, повысить их надежность и значительно снизить количество забракованной продукции.
Чистое производственное помещение (ЧПП) - это ограниченное строительными конструкциями пространство с заданными характеристиками внутренней среды для реализации прецизионных технологических процессов [1].
На рисунке 1 приведены схемы, показывающие влияние частиц на качество микроэлементов. Микрочастицы являются причиной возникновения дефектов даже в том случае, когда их размеры гораздо меньше размера получаемого элемента. В микроэлектронной промышленности минимальный размер топологического элемента или толщины пленки определяет требуемый уровень контроля загрязнений и соответствующий класс чистоты помещений. На сегодняшний день передовые предприятия микроэлектроники, такие как Intel и Samsung, используют технологический процесс 14 нм, ведется освоение технологического процесса 10 нм. По современным требованиям критические размеры дефекта в процессе производства не должны превышать 0.1 размера элемента.
Массовая концентрация аэрозольных частиц различного размера является основным критерием уровня чистоты ЧПП. В таблице 1 приведены классы чистоты ЧПП в соответствии с наиболее распространенным в мире до 2000 года федеральным стандартом США FS209E, в котором граничные значения представляют собой концентрацию аэрозольных частиц диаметром, который равен или превышает значения, указанные в таблице 1.
чууууууууууу У У ч т—■ Рисунок 1 - Схемы, характеризующие влияние загрязняющих частиц на технологический процесс изготовления полупроводниковых структур
Таблица 1 - Класс чистоты ЧПП по аэрозольным частицам
Класс чистоты Максимально допустимая концентрация частиц диаметром, мкм
0,1 0,2 0,3 0,5 5
СИ Станда рт США Р5209Е м-3 фут3 И"3 фут3 М"3 фут3 М"3 фут3 И"3 фут3
М1 - 350 9,91 75,7 2,14 30,9 0,375 10,0 0,283 - -
М1,5 1 1240 35,0 265 7,50 106 3,00 35,3 1,00 - -
М2 - 3500 99,1 757 21,4 309 3,75 100 2,83 - -
М2,5 10 12400 350 2650 75,0 1060 30,0 353 10,0 - -
мз - 35000 991 7570 214 3090 37,5 1000 28,3 - -
М3,5 100 - - 26500 750 10600 300 3530 100 - -
М4 - - - 75700 2140 30900 875 10000 283 - -
М4,5 1000 - - - - - - 35300 1000 247 7,00
М5 - - - - - - - 100000 2830 618 17,5
М5,5 10000 - - - - - - 353000 10000 2470 70,0
Мб - - - - - - - 1000000 28300 6180 175
Мб ,5 100000 - - - - - - 3530000 100000 24700 700
М7 - - - - - - - 10000000 283000 161800 1750
Загрязнения в ЧПП имеют абсолютно разную природу происхождения. Факторы загрязнения условно делятся на динамические и статические. Классификация источников загрязнения и характерные размеры частиц показаны в таблице 2 [2].
Таблица 2 - Источники основных возможных загрязнений ЧПП
Фактор загрязнения Категория загрязнения Источник загрязнения Размеры частиц загрязнения, мкм
Динамические факторы Технический и обслуживающий персонал Выделение бактерий и вирусов От 0,01 до 10
Испарение тела и жировые выделения От 0,01 до 1
Использование косметики От 0,1 до 1
Шелушение кожи От 0,1 до 100
Выпадение волос 100
Проникновение табачного дыма От 0,1 до 1
Использование технологической одежды из пылевыделяющих тканей От 1 до 10
Выделение частиц при передвижении От 1 до 5
Технологическое оборудование и материалы Использование пылевыделяющих материалов До 100
Генерация частиц внутри производственного оборудования От 1
Выделение пыли из вакуумных устройств От 0,1 до 0,5
Масляный туман из вакуумного насоса От 0,01 до 1
Использование неочищенных инструментов и приспособлений От 1 до 100
Использование непротертого технологического оборудования От 1 до 100
Транспортировка изделий Использование загрязненных кассет и других видов тары для хранения и транспортировки изделий От 0,1
Выделение пыли от транспортных устройств От 10
Манипулирование Выделение частиц при межоперационной транспортировке От 1 до 500
Повреждение деталей при выполнении загрузочных и разгрузочных работ От 1 до 500
Статические факторы Технологическая среда Малоэффективная очистка подаваемого в ЧПП воздуха От 0,5
Попадание в технологический воздух посторонних частиц (генерируемые частицы и т.п.) От 0,5
Химические реагенты Посторонние включения в исходных фоторезистах и реагентах, реактивы От 0,5
Коррозия аппаратов, трубопроводов, сосудов, фильтров От 1,0
Техническая вода Неочищенные газы и деионизованная вода От 0,05
Человек теряет до 1000000000 частиц кожи за 24 часа. Размер клетки кожи 44х33х4 мкм3. Кроме частиц кожи человек также оставляет волосы, бактерии, грибки, выделяет газы, пары воды [3].
На долю персонала по данным разных исследований приходится до 80% оседающих на пластину микрочастиц. Причем частицы, выделяемые персоналом, имеют недопустимо большие размеры по сравнению с современными элементами, и, соответственно, попадание таких частиц в рабочую зону повлечет за собой появление дефектов. Рисунок 2 наглядно показывает весомый вклад персонала в загрязнение технологической среды [4].
Разные виды активности человека в ЧПП вызывают разное количество выделяемых частиц. Скорость выделения частиц в зависимости от активности персонала показана в таблице 3 [5].
Рисунок 2 - Источники загрязняющих частиц в ЧПП
Таблица 3 - Количество частиц, выделяемых человеком при разной активности
Активность персонала Частиц в минуту (частицы размером более 0.3 мкм)
Неподвижность 100 000
Движение руками и головой 500 000
Быстрое движение руками и вращение головы 1 000 000
Вставание с места 2 500 000
Быстрое движение, движение по лестнице 110 000 000
Рисунок 3 - Защитная одежда персонала в ЧПП
Статическое электричество также ухудшает состояние среды в ЧПП и оказывает отрицательное влияние на характеристики изделий. Искровой разряд болезненно ощущается чело-
веком и может вызывать рефлекторные движения, приводящие к падению с высоты, попаданию в рабочую зону машин, повреждению изделий и др. Кроме того, энергия разряда с человека может достигать 45 мДж, чего вполне достаточно для воспламенения практически всех парога-зовоздушных смесей, потенциально возможных в ЧПП [1].
Для защиты изделий от микрочастиц и статического электричества, генерируемых человеком, служит технологическая одежда (рис. 3), выполненная в виде комбинезона с капюшоном, головного убора, очков, маски, перчаток, бахил и специальной обуви. Для нейтрализации статического электричества защитная одежда выполняется из антистатической ткани. Назначение технологической одежды состоит также в защите человека от вредных воздействий.
Тем не менее технологическая одежда не обеспечивает полной защиты изделий от частиц, выделяемых персоналом. На рисунке 4 показана зависимость количества и размера выделений от различных форм одежды персонала.
Рисунок 4 - Частицы, выделяемые человеком в разной защитной одежде
Помимо ношения специальной одежды, персоналу необходимо соблюдать строгую гигиену как в рабочее время, так и дома. Также запрещается использование косметики и ношение украшений. Обязательно проводить обучение персонала правилам поведения в ЧПП [3].
Из-за насыщенности помещения оборудованием, различными средствами, материалами и химическими соединениями, многократности воздухообмена и многоступенчатости спецодежды человек, работающий в ЧПП, находится в условиях, способных оказывать неблагоприятное воздействие на его организм. Например, ионизация воздуха, вызываемая процессами его обработки в системе кондиционирования и фильтрации, может являться причиной дискомфорта у персонала в ЧПП.
Категория тяжести труда определяется по значению интегральной балльной оценки. В соответствии с принятой классификацией работа оператора на участке фотолитографии относится к пятой из шести существующих категорий тяжести, характеризующейся высокой вероятностью возникновения патологических реакций и состояний под действием производственных факторов [1].
С учетом всего вышесказанного становится очевидна необходимость минимизации времени нахождения персонала в ЧПП. Одним из способов решения данной проблемы являет-
ся использование системы удаленного управления технологическим оборудованием. С одной стороны, удаленное управление оградит рабочую среду от частиц, выделяемых персоналом, что повлечет за собой увеличение процента выхода годных изделий, с другой стороны, значительно повысит безопасность труда и позволит понизить тяжесть условий труда, освобождая человека от действия негативных факторов, характерных для ЧПП.
Список литературы:
1. Энциклопедия машиностроения. Т. III-8. Технологии, оборудование и системы управления в электронном машиностроении / Ю.В. Панфилов. - М.: Машиностроение, 2000. - 744 с.
2. Гибридно-пленочные интегральные микросхемы. Чистые помещения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tech-e.ru/2007_1_72.php (дата обращения: 10.04.2016).
3. Agrícola K. Cleanroom behavior [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cleanzone.messefrankfurt.com/content/dam/cleanzone/2015/ vortraege/Basic%201%20_% 20Koos%20Agricola.pdf.res/Basic+1+_+Koos+Agricola.pdf (дата обращения: 10.04.2016).
4. Strachan J. Sources of Particles in Cleanrooms [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.climet.com/library/particle_sources.htm (дата обращения: 10.04.2016).
5. Contamination risk by people [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://contaminationcontrol.dpp-europe.com/spip.php7rubrique52 (дата обращения: 10.04.2016).
