做芯片的都清楚,百级洁净棚要是洁净度不达标,麻烦就大了——纳米级的晶圆,哪怕沾上个1μm的小颗粒,光刻时线路就断了,封装时引脚也容易短路,最后只能整批报废。不少厂子总以为是滤网不行,天天换滤网,可洁净度还是上不去,其实问题多半出在“气流风速”上,这玩意儿最容易被忽略,却偏偏是带颗粒走的关键。
芯片厂对气流风速的要求,跟别的行业真不一样。家电组装那种车间,风速差个0.1m/s可能没啥感觉,但咱们这儿不行。一来芯片制程都到7nm、5nm了,颗粒残留根本经不起;二来滤网虽然能拦住99.97%的0.3μm颗粒,可拦下来的颗粒得靠气流及时带出洁净区啊。要是风速不够,或者方向偏了,颗粒就在棚里飘来飘去,最后还是落晶圆上。合格的气流该像平稳的水流,顺着一个方向把颗粒带出去;要是气流乱了,要么吹不动颗粒,要么把颗粒吹得四处窜,滤网换得再勤也白搭。
很多厂子一开始会觉得“风速越高,带颗粒越干净”,特意把风速从标准的0.4-0.5m/s调到0.6m/s以上,结果反而更糟。风速超0.5m/s,地面和设备上沉积的颗粒就被吹起来了——这些颗粒本来压在表面好好的,高速气流一冲,又悬浮在空气里,成了二次污染。而且封装环节更麻烦,焊锡膏是液态的,风速太高会把焊锡膏吹歪,引脚焊不牢,不良率一下就上去了。其实不同环节风速有讲究的:光刻区、晶圆清洗区得控制在0.4-0.45m/s,不然气流会干扰精密设备;封装区最多到0.5m/s,不能再高了,一刀切肯定出问题。
除了风速,气流方向也容易出岔子。百级洁净棚本来是垂直层流设计,气流从顶部滤网往下走,像雨帘似的盖满洁净区。可有些厂子为了省空间,把封装机、检测设备挨得特别近,间距就30来厘米,气流下来被设备挡住,只能拐弯绕着走,形成乱流。这些乱流像小漩涡,把颗粒困在芯片上方,最后全落在晶圆上。设备摆放得注意,间距至少得是设备高度的一半,比如设备1.8米高,间距就不能少于0.9米,而且气流通道上别放工具柜、物料架,得让气流能顺畅往下走。
还有些隐蔽的问题,就是人员和设备动作带来的“微乱流”。人员在棚里走得太快,超0.5m/s,周围就会形成尾流,把地面颗粒卷起来;设备舱门开关的时候,哪怕棚里是正压,也会吸进点外面的脏空气;物料传递时,晶圆盒没密封好,里面残留的颗粒也会被吹出来。这些小事看着不起眼,却会让洁净度间歇性不达标,上午换班、下午传物料的时候最明显。所以得规范操作:人走得慢一点,不超0.4m/s;设备开门时同步开局部补风;晶圆盒必须密封,传完还得擦干净表面。
实际调控的时候,有几个点得抓牢。首先按环节设风速,光刻区0.4-0.45m/s、晶圆清洗区0.45m/s、封装区0.45-0.5m/s,用多点风速仪测,每5㎡放一个测点,确保每个点的风速偏差不超±0.05m/s。然后保证气流垂直,设备间距至少0.8米,顶部滤网下面别放设备,定期用烟雾测试仪查,烟雾得直直往下走,不能拐弯。最后减少干扰,把行走速度、开门流程、物料传递的要求明确下来,高敏感的光刻区可以设个气流缓冲带,更稳妥。
要是厂子正被洁净度问题头疼,先按这些点查气流风速,八成问题能解决。毕竟对咱们芯片厂来说,气流风速就是良率的生命线,差0.1m/s的风速,偏5°的气流方向,都可能赔进去几百万。把这事儿控到位,洁净度稳了,芯片良率才能上去。