Чистые помещения в микроэлектронике и приборостроении

Диапазон классов ISO в микроэлектронике

Микроэлектроника использует чистые помещения всего диапазона классов ISO и фактически диктует регламент стерильности во всей промышленной сфере. Одной из ключевых характеристик в производстве микросхем является минимальный топологический или минимально-контролируемый размер. В свете стремительного развития нанотехнологий это настолько крохотная величина, что угрозу для нее представляют даже частицы размером с молекулу.

Сегодня расстояния в микросхемах измеряются в десятых и сотых долях микрона, а к 2018 году топологические размеры чипов приблизятся к 10 нанометрам. Это значит, что каждый микроб, каждый ион химических соединений, используемых в производстве, каждая частичка испарений с поверхностей приборов, участвующих в технологическом процессе и вообще любой элемент, не видимый невооруженным глазом, могут создать в микросхеме критический дефект, т.е. брак. И если не устранить из окружающего воздуха циркулирующие в нем микрочастицы, количество бракованных чипов будет нарастать.

Чистые помещения в микроэлектронике обеспечивают выпуск высококачественных, так называемых годных микросхем – интеллектуальной основы всей современной техники.

За счет чего обеспечивается высокое качество

И еще один нюанс: в микроэлектронике оперируют очень маленькими размерами и классы чистоты помещений здесь, как правило, одни из самых высоких. Такая стерильность не может быть достигнута исключительно контролем и поддержанием должных параметров стерильности, поэтому упор делается на так называемые «безлюдные технологии» с практически 100% автоматизацией технологического процесса.

Но в отсутствие человеческого фактора на первый план выходят другие источники загрязнения, в первую очередь, химические, поскольку в современном микроэлектронном производстве используют десятки самых разнообразных химических соединений, частицы которых могут стать причиной серьезного брака. Поэтому особое внимание в нанодиапазоне уделяется контролю именно химических загрязнений. Для решения проблемы применяются специальные конструкции помещений и особая система фильтрации, поскольку традиционно используемые герметики и фильтры HEPA сами активно выделяют в окружающую среду бор и прочие химические элементы, легирующие кремниевые структуры чипов и снижающие их годность.

​​​​​​Грамотная конструкция чистого помещения – единственная возможность гарантировать выпуск качественной продукции с надежным эксплуатационным фондом и обеспечить минимальные технологические потери в ходе производства микроэлектроники.

Плоские дисплеи

Современное приборостроение основано на микроэлектронике. Создание особо плоских ЖК экранов, которое растет экспоненциально – яркий пример использования микротехнологий в широчайших масштабах. Это производство требует чистоты, соответствующей 5-4 классам ISO.

Построить завод для выпуска ЖК дисплеев можно за полгода, если применить в конструкции специальные модули чистых помещений. Мировые лидеры ЖК технологий имеют чистые производственные помещения площадью до 40 тысяч м², что соответствует размерам 6 футбольных полей, а общая территория занимает свыше 700 000 м², для очищения воздуха которой требуется более четырех тысяч фильтровентиляционных систем. Такое повышение значимости чистых помещений – общемировая тенденция, так как налаженное производство с заданными параметрами стерильности чрезвычайно эффективно, быстро себя окупает и работает с минимальным количеством брака.

Налаженное производство с заданными параметрами стерильности чрезвычайно эффективно, быстро себя окупает и работает с минимальным количеством брака.

Лазеры и оптика

Изготовление массы, из которой вытягивают оптическое волокно, производится из сверхчистых материалов, поэтому технологический процесс создания волоконной оптики требует жесткого контроля параметров окружающего воздуха. От этого зависит качество получаемой картинки при исследовании физической среды или живого организма. Классы чистоты здесь необходимы самые высокие, как и в микроэлектронике, иначе картинка будет искажена, а достоверная и качественная визуализация невозможна. 

Высоких классов чистоты требует и производство лазеров: попадание посторонних, даже микроскопически маленьких частиц в зону действия лазерного луча будет искажать работу дорогостоящего оборудования и снижать его эффективность и практическую ценность.

Оптическое волокно получают в чистых помещениях не ниже 5-6 класса по ISO, площадь которых достигает нескольких тысяч м².

Космос

Чистота помещений в сфере космических технологий помогает, ни много ни мало, сохранять жизнь на нашей планете: если в космос попадет земной микроорганизм, он может подвергнутся там мутации, которая сделает его неуязвимым для всех известных нам средств защиты. Это значит, что на Землю вернется неуязвимая бактерия, спасения от которой не будет.

С целью решения этой и многих других проблем космического масштаба, в Англии, в районе Оксфорда, создан специальный исследовательский центр, занимающий территорию площадью 1 372 м². Здесь собирают приборы и самое разнообразное оборудование для межпланетных спутников, а затем испытывают их в условиях безвоздушного пространства и инициированных температурных режимов. Работа ведется в чистых помещениях 5-6 классов ISO, а для создания аппаратов, которые отправятся в космос, классы чистоты помещений в эксплуатируемом состоянии соответствуют 1-4 классам ISO.