उच्च शुद्धता भाप जनरेटर कैसे संदूषण जोखिम को कम करता है

उन्नत अर्धचालक फैब में उच्च शुद्धता भाप जनरेटर की महत्वपूर्ण भूमिका

2nm और 3nm अर्धचालक नोड्स में अशुद्धियों के प्रति बढ़ती संवेदनशीलता

जब हम 2nm और 3nm प्रक्रिया नोड्स तक पहुंचते हैं, तो अर्धचालक निर्माण संयंत्रों को गंभीर संदूषण समस्याओं का सामना करना पड़ता है। प्रति 10^12 भाप कणों में से केवल एक हाइड्रोकार्बन अणु ही किसी उपकरण को खराब करने के लिए पर्याप्त होता है। पहले 7nm से अधिक नोड्स के समय, निर्माता बिलियन में से एक भाग (parts per billion) स्तर तक की अशुद्धियों को सहन कर सकते थे। लेकिन अब 3nm निर्माण के साथ, उन्हें ट्रिलियन में से एक भाग (parts per trillion) स्तर पर शुद्धता की आवश्यकता होती है। यह पहले की तुलना में लगभग हजार गुना अधिक शुद्ध होता है। इतनी कठोर आवश्यकताओं के पीछे क्या कारण है? आजकल के ट्रांजिस्टर गेट्स को देखें, जिनका माप केवल लगभग 12 से 15 सिलिकॉन परमाणुओं के बराबर होता है। एंग्स्ट्रॉम स्तर पर भी थोड़ी सी भी अशुद्धि क्वांटम सुरंग प्रभावों को प्रभावित कर देती है और गेट ऑक्साइड की अखंडता को नुकसान पहुंचाती है, जिसका मतलब यह है कि उपकरण ठीक से काम नहीं करते।

उच्च शुद्धता भाप जनरेटर अणु स्तरीय स्वच्छता कैसे सुनिश्चित करता है

आज उच्च शुद्धता वाले भाप जनरेटर आणविक स्तर पर अद्भुत स्तर की सफाई प्राप्त कर लेते हैं, यह तीन बार आसवन प्रक्रियाओं और उन उच्च-कोटि के अत्यंत कम कण फ़िल्टरों की बदौलत संभव है जो 0.001 माइक्रॉन तक के कणों को रोकने में काम करते हैं। ये प्रणालियाँ लगभग सभी हानिकारक पदार्थों को हटा देती हैं - हम आयनों, कार्बनिक पदार्थों, धातुओं और अन्य अशुद्धियों के 99.9999% से भी अधिक निष्कासन की बात कर रहे हैं। यह बात तब बहुत महत्वपूर्ण हो जाती है जब भाप उत्पादन के दौरान फोटोरेजिस्ट कोटिंग्स या सिलिकॉन वेफर्स जैसी संवेदनशील सामग्रियों को छूती है। कुछ नवीनतम उन्नत प्रणालियों में द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटरी तकनीक का उपयोग करते हुए निरंतर वास्तविक समय मॉनिटरिंग की सुविधा भी होती है ताकि अशुद्धता का स्तर 5 पार्ट्स प्रति ट्रिलियन से नीचे बना रहे। यह बात तर्कसंगत भी है, क्योंकि इन मशीनों को उद्योग 4.0 के स्मार्ट निर्माण मानकों को पूरा करने की आवश्यकता होती है, जिनके बारे में आजकल हर कोई बात कर रहा है।

केस स्टडी: 3nm नोड फैब्रिकेशन फैसिलिटी में तैनाती

एक प्रमुख चिप निर्माता ने अपने ऑक्सीकरण और एनीलिंग प्रक्रियाओं में इन उच्च शुद्धता भाप जनरेटरों को लागू करने पर वेफर दोषों में एक प्रभावशाली कमी देखी। जो वास्तव में अंतर लाया, वह सिस्टम का बंद लूप नियंत्रण तंत्र था, जो भाप की चालकता को लगभग 0.055 माइक्रोसीमेंस प्रति सेंटीमीटर पर बनाए रखता था। यह वास्तव में पिछले सिस्टमों की तुलना में आधा है। परिणामस्वरूप, 3nm FinFET गेट्स के निर्माण के दौरान उपज में 12% की उल्लेखनीय वृद्धि हुई। जब सब कुछ शुरू हो गया, तो 0.1 माइक्रॉन या उससे अधिक के कणों की संख्या केवल 0.2 कण प्रति मिलीलीटर आई। यह प्रदर्शन इन क्रांतिकारी निर्माण नोड्स के लिए आवश्यक SEMI F57 मानकों को पार कर गया, जिससे गुणवत्ता नियंत्रण में काफी सुधार दिखाई दिया।

उपयोग के स्थान पर वास्तविक समय में शुद्धता निगरानी के साथ एकीकरण (POU)

आधुनिक भाप जनरेटर में अब प्रत्येक उपयोग स्टेशन में सेंसर लगाए गए हैं, जो प्रत्येक उपयोग स्थान पर केंद्रीय रखरखाव प्रणालियों को निरंतर डेटा स्ट्रीम भेजते हैं। प्रारंभिक परीक्षणों के दौरान इन सेटअप से दूषित होने के कारण होने वाले बंद रहने के समय में लगभग 25-30% की कमी आई क्योंकि ये तब तक संकेत दे देते हैं जब तक फ़िल्टर ख़राब होने में दो दिन से भी अधिक का समय बचा होता है। जब असहज पैटर्न के लिए स्मार्ट एआई निगरानी के साथ इसका संयोजन किया जाता है, तो पूरी प्रणाली लगभग निरंतर 99.9996% उपलब्धता की दर से चलती रहती है। यह बात अरबों डॉलर के अर्थमान से संबंधित अर्धचालक निर्माण संयंत्रों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि पोनेमैन संस्थान के 2023 में किए गए हालिया अध्ययनों के अनुसार केवल एक घंटे के नुकसान से उन्हें 740,000 डॉलर से अधिक का नुकसान होता है।

अर्धचालक उत्पादन में दूषण का प्रभाव और उत्पादन अर्थशास्त्र

नैनोस्केल नोड्स पर कण और आणविक अशुद्धियां उत्पादन क्षमता को कैसे कम करती हैं

जब हम 2nm और 3nm प्रक्रिया नोड्स तक आते हैं, तो विशेषताएँ इतनी छोटी हो जाती हैं कि वे मूल रूप से केवल 15 से 20 परमाणुओं के स्तर की होती हैं, जिसके कारण वे किसी भी प्रकार के संदूषण के प्रति अत्यंत संवेदनशील हो जाती हैं। लगभग 2nm मापने वाले सूक्ष्म कण वास्तव में निर्माण के दौरान EUV लिथोग्राफी पैटर्न को खराब कर सकते हैं। इसके अलावा ऑक्सीजन अणुओं या हाइड्रोकार्बन अवशेषों जैसे आणविक संदूषकों का भी पूरा मुद्दा है जो गेट ऑक्साइड परतों को खराब कर देते हैं। शोधकर्ताओं द्वारा गैस शुद्धता मानकों के बारे में पाया गया आंकड़ा भी काफी चौंकाने वाला है। यदि हवा में मौजूद आणविक क्षारक (AMBs) 0.1 प्रति बिलियन स्तर से अधिक हो जाएँ, तो उन्नत लॉजिक चिप्स का उत्पादन करने वाली फैक्ट्रियों में उत्पादन लगभग 12% तक गिर जाता है। इस अत्यधिक संवेदनशीलता के कारण कुछ क्षेत्रों में क्लीनरूम को ISO क्लास 1 मानकों से भी बेहतर स्थितियों को बनाए रखने की आवश्यकता होती है। यह सुनकर आपको आश्चर्य होगा, लेकिन जब श्रमिक केवल सामान्य रूप से इन स्थानों के भीतर सांस ले रहे होते हैं, तो उनकी सांसों में इतना संदूषण होता है कि वहाँ चल रही नाजुक निर्माण प्रक्रियाओं को नुकसान पहुँचाने के लिए पर्याप्त होता है।

उच्च-मात्रा वाले अर्धचालक उत्पादन में दोषों की आर्थिक लागत

जब उत्पादन बढ़ता है, तो दूषित होने के वित्तीय प्रभाव काफी खराब हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, एक ऐसे कारखाने को लें जो प्रति महीने लगभग 100 हजार वेफर्स का संचालन करता है। यदि उनकी उत्पादन दर में केवल 1% की गिरावट आती है, तो उन्हें हर साल लगभग 58 मिलियन डॉलर का नुकसान हो सकता है। और यहां तक कि आजकल प्रत्येक अग्रणी वेफर की कीमत 30 हजार डॉलर से अधिक होती है। अर्धचालक उद्योग का प्लान 2025 तक 18 नए निर्माण सुविधाओं का निर्माण करने का है, इसलिए दूषण को नियंत्रित रखना केवल वर्तमान में पैसे बचाने के लिए नहीं है, यह पूरे 740 बिलियन डॉलर के बाजार को प्रतिवर्ष प्रभावित करता है। साइट पर आवश्यक स्थानों पर उच्च शुद्धता वाले भाप जनरेटर स्थापित करने से दोषपूर्ण उत्पादों के पुनर्निर्माण में लगभग एक तिहाई की कमी आती है। यह निर्माताओं को यह स्पष्ट करता है कि महंगे निर्माण संचालन में लाभ की रक्षा के लिए शुद्धता समाधानों में स्मार्ट निवेश क्यों करना आवश्यक है।

उप-3nm निर्माण पैमाने पर स्वच्छता बनाए रखने में चुनौतियां

नोड स्केलिंग के कारण दोष संवेदनशीलता में घातीय वृद्धि

उप-3nm नोड्स पर, दोष संवेदनशीलता घातीय रूप से बढ़ जाती है—एक एकल 0.5nm कण चिप के 4% कार्यक्षमता को अक्षम कर सकता है, 2024 सेमीकंडक्टर शुद्धता रिपोर्ट के अनुसार। अब फैब्रिकेशन लाइनों में अनुभव हो रहा है:

• 400% अधिक कण दोष दरें 5nm प्रक्रियाओं की तुलना में
• 18% वेफर नुकसान प्रक्रिया गैसों में आणविक अशुद्धता से जुड़ा
• ±0.1 ppb संदूषण उतार-चढ़ाव और 0.8% उपज परिवर्तन के बीच सहसंबंध

इस वातावरण में महत्वपूर्ण ऑक्सीकरण चरणों के लिए 0.1 ppt से भी निम्न भाप शुद्धता की आवश्यकता होती है—जो केवल उन्नत उच्च शुद्धता भाप जनरेटर के साथ प्राप्त की जा सकती है।

पारंपरिक फ़िल्टरेशन की सीमाएं: क्या वे भविष्य की शुद्धता आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं?

उप-3nm निर्माण के लिए तीन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में पारंपरिक गैस फ़िल्टरेशन अपर्याप्त साबित होता है:

हालिया उद्योग विश्लेषण से पता चलता है कि 3nm फैब्स में से 72% में तीव्र तापीय प्रक्रिया के दौरान ASML द्वारा अनुशंसित दहन तदनुरूपी सीमा से अधिक भाप-जनित संदूषकों की उपस्थिति पाई जाती है। इन अंतरों को दूर करने के लिए आणविक स्तर पर गैस आपूर्ति को पुनः अभिकल्पित करने की आवश्यकता होती है - जो कि आधुनिक उच्च शुद्धि भाप जनित्र द्वारा उपयोग स्थल पर शोधन और वास्तविक समय में पार्ट्स प्रति ट्रिलियन (ppt) स्तर की निगरानी के माध्यम से पूरी की जाती है।

उच्च शुद्धि भाप जनित्र और गैस विश्लेषण के माध्यम से उन्नत अशुद्धि का पता लगाना

पार्ट्स प्रति ट्रिलियन (ppt) स्तर की अशुद्धि का पता लगाना

आधुनिक निर्माण सुविधाओं के लिए पता लगाने की आवश्यकताएं पुरानी प्रणालियों की तुलना में लगभग 1000 गुना बढ़ गई हैं क्योंकि एकल अणु संदूषक भी गंभीर समस्याएं पैदा करते हैं। जब वायुमंडलीय दबाव आयनीकरण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री को उच्च शुद्धि भाप जनरेटर के साथ संयोजित किया जाता है, तो यह प्रति ट्रिलियन भागों के स्तर का विश्वसनीय पता लगाना सुनिश्चित करता है, जो पारंपरिक प्रति अरब भागों की प्रणालियों की तुलना में लगभग 60% बेहतर है। 2nm और 3nm नोड्स पर अर्धचालक निर्माण के लिए, इस तरह की संवेदनशीलता काफी महत्वपूर्ण है। पिछले साल केद्योग आंकड़ों में कुछ ऐसा दिखाया गया है जो काफी चौंकाने वाला है: ऑक्सीजन या हाइड्रोकार्बन के 5 ppt के रूप में निम्न संदूषण स्तर भी उत्पादन उपज को 12% से 18% तक कम कर सकते हैं।

भाप शुद्धि प्रणालियों और बहु-घटक गैस विश्लेषण उपकरणों के बीच सहजता

अत्यधिक शुद्ध भाप उत्पादन को तत्काल गैस निगरानी के साथ जोड़ने से विनिर्माण वातावरण में प्रदूषक पदार्थों पर बेहतर नियंत्रण मिलता है। उदाहरण के लिए, जब गैस विश्लेषक उड़नशील कार्बनिक यौगिकों के केवल 2.7 भाग प्रति ट्रिलियन का पता लगाते हैं, तो भाप शोधन प्रणाली लगभग तुरंत पानी के उपचार की स्थितियों में बदलाव कर देती है। परिणाम? हाल की 2023 की प्रक्रिया की रिपोर्टों के अनुसार, 300 मिमी की वेफर संसाधन करने वाले अर्धचालक कारखानों में कणों से संबंधित समस्याओं में लगभग 70% की गिरावट आई है। ये सुविधाएं 0.1 डिग्री सेल्सियस से भी कम स्थिर तापमान बनाए रखती हैं, जो चिप निर्माण में उपयोग की जाने वाली एटॉमिक लेयर डिपॉज़िशन मशीनों के लिए महत्वपूर्ण है। आजकल अधिकांश शीर्ष अर्धचालक उत्पादकों ने ISO क्लास 1 क्लीनरूम मानकों के हिस्से के रूप में इस तरह के सिस्टम एकीकरण की आवश्यकता करना शुरू कर दिया है।

सामान्य प्रश्न

अर्धचालक फैब्रिकेशन सुविधाओं में उच्च शुद्धता वाले भाप जनरेटर महत्वपूर्ण क्यों हैं?

उच्च शुद्धता वाले भाप जनरेटर अर्धचालक निर्माण में आवश्यक हैं क्योंकि वे आणविक स्तर पर अत्यधिक स्वच्छता सुनिश्चित करते हैं, जो 2nm और 3nm के छोटे प्रक्रिया नोड्स के लिए महत्वपूर्ण है। यह स्वच्छता दोषों को रोकती है और उपकरणों की कार्यक्षमता को प्रभावित करने वाले संदूषण से बचकर उत्पादन दक्षता में सुधार करती है।

उच्च शुद्धता वाले भाप जनरेटर कैसे काम करते हैं?

ये जनरेटर आयनों, कार्बनिक यौगिकों और धातुओं सहित अशुद्धियों को हटाने के लिए त्रिक आसवन और अति-निम्न कण फिल्टर जैसी उन्नत शोधन विधियों का उपयोग करते हैं। वे वास्तविक समय निगरानी तकनीकों का भी उपयोग करते हैं, ताकि अशुद्धता का स्तर अत्यंत कम बना रहे और निर्माण के कठोर मानकों को पूरा किया जा सके।

उच्च शुद्धता वाले भाप जनरेटर अर्धचालक निर्माण में आर्थिक लाभ कैसे लाते हैं?

उच्च शुद्धता भाप जनरेटर दोषों को कम करने में सहायता करते हैं, जिससे उत्पादन दक्षता बढ़ जाती है। यह सुधार विनिर्माण सुविधाओं को करोड़ों रुपये की बचत करने में सक्षम बना सकता है, उच्च उत्पादन दक्षता बनाए रखकर और दोषपूर्ण उत्पादों के पुनर्कार्य की आवश्यकता को कम करके।

3 एनएम से कम फैब्रिकेशन में संदूषण की चुनौतियां क्या हैं?

3 एनएम से छोटे नोड्स अपने छोटे आकार के कारण दोषों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। अशुद्धि का एक एकल अणु भी कार्यक्षमता को नुकसान पहुंचा सकता है, जिसके लिए कार्यात्मक अखंडता और उत्पादन दक्षता बनाए रखने के लिए उन्नत अशुद्धि संसूचन और शोधन प्रणालियों की आवश्यकता होती है।