Kiểm soát tĩnh điện và bám hút tĩnh điện trong nhà máy sản xuất bán dẫn
1. Đặt vấn đề:
Nhiều đại diện của các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn tích hợp (IDM) đã cho biết rằng khách hàng của họ yêu cầu IDM cung cấp bằng chứng và/hoặc chứng nhận rằng chương trình kiểm soát ESD/ESA mà họ thiết lập là đủ để đáp ứng các quy trình sản xuất bán dẫn tương ứng.
Tiêu chuẩn ANSI/ESD S20.20 đã được áp dụng hơn 24 năm để thiết lập một chương trình kiểm soát ESD có thể chứng nhận cho các cơ sở sản xuất thiết bị điện tử xử lý và thao tác các linh kiện nhạy cảm với ESD. Thông thường, tiêu chuẩn này không được sử dụng để chứng nhận các cơ sở sản xuất tấm wafer bán dẫn và nhà sản xuất mặt nạ. Tuy nhiên, các tài liệu khác do SEMI công bố liên quan đến phương pháp thực hành tốt nhất cho các cơ sở này sẽ được trình bày trong tài liệu này.
Mặc dù các nhà máy sản xuất bán dẫn có áp dụng một số biện pháp kiểm soát ESD/ESA, hầu hết không có một chương trình kiểm soát ESD được chứng nhận theo tiêu chuẩn ANSI/ESD S20.20. Các phương pháp kiểm soát ESD/ESA trong nhà máy được thực hiện trong nhiều lĩnh vực khác nhau (chất lượng, sản xuất, kiểm soát quy trình, bảo trì thiết bị, v.v.), do đó, việc xây dựng một tài liệu đồng thuận để chứng minh rằng cơ sở có các biện pháp kiểm soát phù hợp cho tất cả các rủi ro ESD/ESA là một thách thức.
Tài liệu này xem xét các thách thức, yếu tố cần cân nhắc và phương pháp thực hành tốt nhất trong sản xuất bán dẫn. Nó so sánh và đối chiếu các phương pháp thực hành tốt nhất trong sản xuất tấm wafer và mặt nạ bán dẫn với các phương pháp trong sản xuất và lắp ráp thiết bị điện tử, lĩnh vực mà ANSI/ESD S20.20 được thiết kế để áp dụng. Ngoài ra, tài liệu cũng đề cập đến các lĩnh vực liên quan chặt chẽ đến nhà máy bán dẫn, chẳng hạn như liên kết chip-to-chip và wafer-to-wafer, mặt nạ quang học (reticle) và cung cấp điện từ mặt sau của wafer.
2.Nội dung chính của tiêu chuẩn ANSI/ESD S2020 và yêu cầu đối với nhà máy sản xuất bán dẫn
Chương trình kiểm soát ESD theo tiêu chuẩn ANSI/ESD S20.20 dựa trên ba nguyên tắc cơ bản để xử lý các linh kiện nhạy cảm với ESD (ESDS) trong khu vực bảo vệ ESD (EPA):
- Nối đất hoặc liên kết tất cả các vật dẫn với nhau.
- Kiểm soát điện tích trên tất cả vật cách điện thiết yếu trong quy trình.
- Sử dụng bao bì bảo vệ trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.
Để triển khai ba nguyên tắc này, cần có một tài liệu kế hoạch kiểm soát ESD chi tiết đáp ứng cả yêu cầu hành chính và yêu cầu kỹ thuật.
2.1. Yêu Cầu Hành Chính
Tổ chức phải hoàn thành các bước sau:
- Xây dựng tài liệu kế hoạch kiểm soát ESD bằng văn bản, bao gồm tất cả các khía cạnh của chương trình.
- Thiết lập kế hoạch đào tạo và chương trình giáo dục hỗ trợ tài liệu kiểm soát ESD, áp dụng cho tất cả nhân sự liên quan.
- Thiết lập kế hoạch đánh giá và phê duyệt sản phẩm, đảm bảo rằng các thiết bị kiểm soát ESD sử dụng trong chương trình đáp ứng yêu cầu của ANSI/ESD S20.20 và được kiểm tra theo phương pháp tiêu chuẩn.
- Xác định chương trình xác minh tuân thủ, đảm bảo các thiết bị kiểm soát ESD đáp ứng yêu cầu của ANSI/ESD S20.20 và được kiểm tra theo ESD TR53.
2.2 Yêu Cầu Kỹ Thuật
- Nối đất hoặc liên kết tất cả các vật dẫn, linh kiện ESDS và nhân sự tiếp xúc với linh kiện ESDS.
- Chỉ được xử lý linh kiện ESDS bên ngoài bao bì bảo vệ ESD trong khu vực EPA.
- Xây dựng kế hoạch đóng gói, xác định yêu cầu đóng gói cả bên trong và bên ngoài EPA.
2.3 Ứng Dụng Trong Sản Xuất Bán Dẫn
Trong các nhà máy sản xuất bán dẫn (semiconductor fabs), hầu hết các quy trình đều tự động hóa, giúp giảm thiểu sự tiếp xúc trực tiếp giữa con người và wafer. Tuy nhiên, một số khu vực cụ thể vẫn có nguy cơ ESD, do đó cần phải được xác định là EPA. Ngoài rủi ro ESD, các EPA này cũng phải xem xét nguy cơ hấp thụ tĩnh điện (ESA – Electrostatic Attraction).
Các khu vực EPA quan trọng bao gồm:
- Trạm kiểm tra wafer (wafer probe stations).
- Xử lý và kiểm tra reticle trần (bare reticle handling/inspection).
- Vận chuyển và xử lý wafer thành phẩm (finished wafer shipping/handling).
Tất cả các khu vực này cần có ranh giới EPA rõ ràng và tuân thủ quy trình đóng gói ESD khi linh kiện ESDS rời khỏi EPA.