معالجة المياه لعمليات الشطف والتحميض بالطباعة الليثوغرافية الضوئية

في مصانع تصنيع أشباه الموصلات، يعتمد إنشاء الدوائر المتكاملة على العديد من الخطوات المتسلسلة التي تتطلب دقة ونظافة متناهية. والطباعة الليثوغرافية الضوئية هي طريقة نقل الأنماط التي تستخدم الضوء لتحديد البنى المجهرية على رقائق السيليكون. بعد أن يتم تعريض مقاوم الضوء من خلال قناع ويتم تحميضه كيميائياً، يتم غمر الرقاقة في سلسلة من عمليات الشطف بالماء فائق النقاء. وعملية الشطف والتحميض في الطباعة الليثوغرافية الضوئية هي عملية ما بعد التعريض التي يتم فيها إزالة بقايا المطور والمواد الصلبة الذائبة والملوثات المجهرية قبل انتقال الرقاقة إلى عملية الحفر. وببساطة، فإن هذه العملية عبارة عن خطوة غسيل متقدمة تستخدم مياه عالية النقاء لحماية الملامح التي غالباً ما تكون أصغر من 20 نانومتر. كما أنها تعمل على تثبيت أنماط مقاوم الضوء المطوّرة، وتمنع القوى الشعرية من انهيار الخطوط الدقيقة، وتضمن عدم بقاء أيونات أو جسيمات على السطح. يولي المهندسون اهتمامًا كبيرًا بديناميكيات تدفق السوائل والتوتر السطحي والتبخر لأن كل عامل يؤثر على مدى بقاء الأنماط سليمة. في بعض المصانع يتم الشطف في وحدات شبه آلية للشطف والشطف الجاف، بينما في الطباعة الحجرية بالغمر يتم استخدام نفس الماء فائق النقاء كوسيط غمر وشطف في آن واحد. وعلى الرغم من بساطة هذه العملية من حيث المظهر، إلا أنها تمثل ضمانة حاسمة ضد عيوب الطباعة الحجرية.

بالإضافة إلى التنظيف، فإن شطف ما بعد التطوير له قيمة تجارية كبيرة لمصنعي الرقائق. تتسلسل العيوب التي يتم إدخالها في مرحلة الطباعة الليثوغرافية الضوئية عبر الخطوات اللاحقة وتؤدي إلى فقدان المحصول، لذا فإن منع انهيار النمط والجسور أمر أساسي للربحية. يمكن أن يؤدي سوء إزالة المطور إلى تباين عرض الخط والقدم؛ وقد تترسب السيليكا أو المعادن المتبقية أثناء التجفيف وتشكل جسورًا بين الخطوط. يمكن حتى لبضعة أجزاء قليلة في المليار من الصوديوم أو الكالسيوم أن تغير فولتية عتبة الترانزستور، ويمكن أن تعمل البقايا العضوية كنقاط تنوي للفراغات. وللتعامل مع هذه المخاطر، تقوم الخطوط الحديثة بتركيب معالجة متعددة المراحل للمياه فائقة النقاء (UPW)، ومرشحات فائقة النقاء في نقطة الاستخدام، ومراقبة متقدمة. تتدخل معالجة المياه في ثلاث نقاط: فهي تنتج مياه ذات محتوى أيوني وجسيمي منخفض للغاية في المنبع؛ وتزيل الغازات الذائبة التي يمكن أن تشكل فقاعات؛ وتوفر ترشيحًا نهائيًا مباشرة قبل أن يلامس الماء الرقاقة. وتعتبر دراسة الجدوى لهذه الاستثمارات قوية لأن تكلفة التلوث أعلى بأضعاف التكلفة الإضافية لتحقيق نقاء دون المستوى المطلوب. ومع تقلص أبعاد الجهاز إلى 5 نانومتر أو أقل، اعتمدت الصناعة ضوابط أكثر صرامة على السيليكا والبورون والمركبات العضوية. تقوم الشركات بتتبع العيوب من قبل فرق تعلم النتائج وربطها برحلات جودة المياه. وتدخل الدروس المستفادة من هذه التحليلات في التخطيط الرأسمالي للمصانع المستقبلية، حيث يتم النظر أيضاً في إعادة استخدام المياه وتدويرها. وبهذه الطريقة، فإن الشطف والتطوير ليس مجرد خطوة تقنية بل هو عنصر استراتيجي للقدرة التنافسية لأشباه الموصلات.

يتم دمج هذه الأنظمة في سلسلة لإزالة فئات مختلفة من الملوثات تدريجياً وتوفير التكرار. ويشكل التناضح العكسي والتبادل الإلكتروني للبيانات العمود الفقري للتحكم الأيوني، بينما يعالج الترشيح الفائق والمرشحات الدقيقة الجسيمات والبكتيريا. وتحمي الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية وإزالة الغازات من الكربون العضوي والغازات الذائبة، والتي يمكن أن تؤثر على كيمياء المقاومة الضوئية وسلوك التجفيف. تضمن فلاتر نقطة الاستخدام إزالة أي تلوث يتم إدخاله في أنابيب التوزيع قبل ملامسة الرقائق، وهي ضمانة أساسية لأنه حتى الأنابيب من فئة غرف الأبحاث يمكن أن تتساقط منها الجسيمات بمرور الوقت. تعتبر ملامسات إزالة الغازات ضرورية بشكل خاص في الطباعة الليثوغرافية الضوئية الغاطسة، حيث يمكن لفقاعات الغاز الذائبة أن تكسر الضوء وتشوه الأنماط. وبدون هذه المعالجة متعددة المراحل، فإن الكميات الكبيرة من مياه الشطف المطلوبة لنمذجة أقل من 10 نانومتر قد تشكل خطرًا غير مقبول على الإنتاجية.

بارامترات جودة المياه الرئيسية التي يتم رصدها

يراقب المهندسون مجموعة من معايير جودة المياه لضمان عدم وجود عيوب في مياه الشطف. المقاومة الكهربائية، التي تقاس عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، هي مؤشر أساسي للنقاء الأيوني. وتتراوح القيم النموذجية لمياه شطف أشباه الموصلات بين 17.5 و18.2 ميكرومتر مكعب. غالبًا ما يشير انخفاض المقاومة إلى اختراق السيليكا أو البورون من طبقة الراتنج أو التلوث العرضي من الأنابيب المعدنية. يتم تعقب إجمالي الكربون العضوي (TOC) باستخدام أجهزة تحليل بيرسولفات الأشعة فوق البنفسجية عبر الإنترنت؛ يتم الاحتفاظ بالتركيزات أقل من 1 ميكروغرام/لتر لمنع تكوين طبقة عضوية وفقاعات دقيقة أثناء التجفيف بالدوران. يتم قياس الأكسجين المذاب بشكل مستمر باستخدام أجهزة الاستشعار البصرية؛ وتعتبر المستويات بين 1 ميكروغرام/لتر و10 ميكروغرام/لتر مقبولة للطباعة الليثوغرافية الضوئية، على الرغم من أن أدوات الغمر قد تحدد أهدافًا أقل لتجنب تنوي الفقاعات. ترصد عدادات الجسيمات التي تستخدم الكشف بالتشتت الضوئي أعداد الجسيمات الأكبر من 0.05 ميكرومتر؛ وتهدف المصانع المتطورة إلى أقل من 200 جسيم لكل لتر. يتم تحليل المعادن والبورون باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترنة بالحث (ICP-MS) على عينات المسك؛ الحدود النموذجية أقل من 1-10 نانوغرام/لتر لأنه حتى المعادن النزرة يمكن أن تنتشر في السيليكون وتغير الخصائص الكهربائية. ويتم رصد السيليكا، الذائبة والغروية على حد سواء، باستخدام أجهزة التحليل اللوني؛ والقيم التي تقل عن 50 نانوغرام/لتر هي قيم نموذجية، ولأن السيليكا غير موصلة للكهرباء فإنها يمكن أن تنزلق من خلال رصد المقاومة دون أن يلاحظها أحد.

تؤثر درجة حرارة الماء ومعدل التدفق أيضًا على أداء الشطف. وعادةً ما يتم الحفاظ على درجة الحرارة بين 20 درجة مئوية و30 درجة مئوية لتحقيق التوازن بين معدلات إزالة المقاومة والتبخر؛ ويمكن أن تؤثر الانحرافات على قابلية ذوبان المطور والأبعاد الحرجة للنمط. يتحكم معدل التدفق في القص على سطح الرقاقة ويتم ضبطه بحيث لا تسمح الطبقات الحدودية بإعادة ترسب الملوثات. في مجففات الشطف بالدوران، يتم توصيل الماء بمعدلات تدفق عالية لبضع ثوانٍ قبل الدوران لإزالة السائل. تتم معالجة التحكم في الميكروبات عن طريق الحفاظ على تعداد البكتيريا أقل من 1 وحدة تشكيل مستعمرة (CFU) لكل 100 مل؛ حيث يمكن للأغشية الحيوية في خطوط التوزيع أن تفرز السموم الداخلية التي تسبب عيوبًا في النمط. قياس الأس الهيدروجيني ليس شائعًا في أجهزة التجفيف بالغسيل الدوري لأن المحتوى الأيوني منخفض جدًا، ولكن يضمن المشغلون تجريد ثاني أكسيد الكربون بحيث يظل الأس الهيدروجيني الظاهري قريبًا من التعادل. وتوفر قياسات البقايا غير المتطايرة (NVR) فحصًا وزنيًا لأي مواد صلبة متبقية بعد تبخر الماء؛ وتقل القيم النموذجية عن 100 نانوغرام/لتر. يتم جدولة معايرة الأجهزة بانتظام لأن أجهزة الاستشعار تنحرف في مثل هذه التركيزات المنخفضة؛ تتم معايرة أجهزة استشعار الموصلية والمادة الطولية في الماء شهريًا، بينما تتم معايرة جهاز ICP-MS أسبوعيًا باستخدام معايير يمكن تتبعها.

اعتبارات التصميم والتنفيذ

يتطلب التصميم الفعال لأنظمة مياه الشطف الليثوغرافي الضوئي دمج الضوابط الهندسية مع متطلبات النظافة. يجب أن تقلل بنية الحلقة من الأرجل الميتة والركود لمنع نمو الميكروبات؛ وعادةً ما يتم تصنيع أنابيب التوزيع من مواد البوليمر الفلوري عالية النقاء مثل PFA أو PVDF للحد من ترشيح المعادن والمواد العضوية. يساعد تصميم الحلقة كنظام إعادة تدوير مغلق مع سرعة ثابتة في الحفاظ على بيئة خاملة؛ سرعات تبلغ 1 م/ثانية أو أعلى تمنع ترسب الجسيمات. ويضمن رفع خطوط الإمداد ونقاط التصريف عدم وجود أحجام محصورة حيث يمكن أن تتجمد المياه. تقلل المضخات المعزولة الاهتزازية ذات الأسطح الداخلية المصقولة كهربائيًا من توليد الجسيمات. ولدعم التكرار والصيانة، يسمح قطاران متوازيان من التناضح العكسي والتبادل الإلكتروني للبيانات مع صمامات عزل أوتوماتيكية بصيانة أحد القطارين بينما يستمر الآخر في العمل. يتم تركيب فلاتر نقطة الاستخدام في علب يسهل الوصول إليها لتسهيل التغييرات السريعة دون الإخلال بالنظافة الأولية.

توفر المعايير إطار عمل لتصميم النظام. ويحدد دليل SEMI F63 معايير الأداء لأنظمة المياه فائقة النقاء لأشباه الموصلات، بما في ذلك نقاط أخذ العينات والأجهزة وأهداف الجودة. كما يأخذ المصممون أيضًا في الاعتبار معايير ISO 14644 لغرف التنظيف لجودة الهواء، لأن الجسيمات المحمولة بالهواء يمكن أن تدخل إلى حمامات الشطف عند نقل الرقائق. وتحدد ASTM D5127 أنواع المياه الكاشفة من E-1.3 إلى E-1.6 للإلكترونيات، مع كون E-1.3B الأكثر صرامة للطباعة الليثوغرافية الضوئية؛ وتحدد هذه الأنواع النطاقات المقبولة للمقاومة وTOC والسيليكا. يضمن الامتثال لمعيار ISO 9001 أو أنظمة إدارة الجودة المماثلة الحفاظ على التوثيق والاختبار وإمكانية التتبع بدقة. تستخدم استراتيجيات التحكم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وأنظمة التحكم الموزعة (DCS) لأتمتة تسلسل الصمامات والشطف والإنذارات. يقوم المشغلون بتنفيذ دراسات المخاطر وقابلية التشغيل (HAZOP) لتحديد نقاط الفشل المحتملة، مثل التدفق العكسي من أدوات المعالجة أو التلوث التبادلي من مواد التنظيف الكيميائية. تزداد أهمية التصميم لتقليل النفايات إلى الحد الأدنى؛ حيث تقوم أنظمة استعادة المياه باستعادة مياه الشطف لعمليات أخرى أقل أهمية مثل الطحن الخلفي أو التبريد، مما يقلل من الاستهلاك الكلي.

يؤثر توافق المواد والبصمة أيضًا على التنفيذ. نظرًا لأن مطوري مقاومات الضوء غالبًا ما تحتوي على هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم (TMAH)، يجب أن يكون نظام الشطف متوافقًا مع المخلفات القلوية؛ وهذا يؤثر على موانع تسرب الصمامات ومواد المضخات. يمنع اختيار الحشيات والأغشية عالية النقاء ترشيح السيليكونات والملدنات. تتطلب القيود المفروضة على المساحة داخل المصانع وجود زلاجات معالجة معيارية مدمجة يمكن تصنيعها مسبقًا ورفعها في مكانها. يعد العزل الصوتي والاهتزاز أمرًا بالغ الأهمية في مناطق الطباعة الحجرية لأن الاهتزازات يمكن أن تشوه المحاذاة البصرية؛ يتم تركيب زلاجات المضخات على وسادات التخميد ويمكن وضع المنافيخ البعيدة خارج غرفة التنظيف. يتم وضع الأجهزة بالقرب من نقاط الاهتمام ولكن خارج حاويات أدوات المعالجة لتسهيل الصيانة؛ ويتم نقل الإشارات عبر الألياف الضوئية أو الكابلات المحمية للحد من التداخل الكهرومغناطيسي. يجب تنسيق الجداول الزمنية للتنفيذ مع بناء المصنع وزيادة الإنتاج؛ وغالبًا ما يحدث تشغيل أنظمة UPW قبل أشهر من تركيب أدوات الطباعة الحجرية للسماح بالتدفق والتخميل والتأهيل. في التصنيع بكميات كبيرة، يتوقع التصميم أيضًا التوسعات المستقبلية في السعة من خلال زيادة حجم الأنابيب وترك مساحة لمراحل ترشيح إضافية.

التشغيل والصيانة

يتطلب تشغيل نظام مياه الشطف للطباعة الليثوغرافية الضوئية مراقبة يقظة وصيانة استباقية. يتتبع المشغلون المعلمات الرئيسية من خلال نظام التحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA) ويستجيبون للإنذارات على الفور. توفر مستشعرات الموصلية ومستشعرات TOC اتجاهات مستمرة؛ إذا انخفضت المقاومة إلى أقل من 18 MΩ سم، يتحقق المشغلون من معايرة المستشعر ثم يفحصون راتنجات الطبقة المختلطة بحثًا عن الاستنفاد. وتؤدي قراءات الأكسجين المذاب التي تزيد عن 10 ميكروغرام/لتر إلى إجراء فحوصات على سلامة غشاء مزيل الغاز وتدفق غاز المسح. تضمن المعايرة الأسبوعية لأدوات التوصيل والتركيز الكلي والأكسجين المذاب بقاء القراءات دقيقة؛ ويتم استخدام محاليل مرجعية يمكن تتبعها وفقًا للمعايير الوطنية. تعمل المرشحات المسبقة في المنبع لوحدات التناضح العكسي على احتجاز الجسيمات الخشنة؛ وعادةً ما يتم استبدال هذه الخراطيش شهريًا أو عندما يتجاوز الضغط التفاضلي 0.2 بار. يتم تقييم أداء غشاء التناضح العكسي عن طريق حساب التدفق المتخلل الطبيعي ورفض الملح؛ وتبدأ إجراءات التنظيف المكاني (CIP) عندما ينخفض تدفق النفاذية بنسبة 10% عن خط الأساس.

تعتمد فترات الصيانة على ساعات التشغيل وجودة المياه. يتم فحص وحدات EDI للتأكد من عدم وجود قشور ومواد كريهة كل ستة أشهر، على الرغم من أن الاستبدال الفعلي يحدث بعد عدة سنوات إذا تم تشغيلها ضمن حدود التصميم. تفقد مصابيح الأشعة فوق البنفسجية كثافتها بمرور الوقت؛ ويتم جدولة استبدال المصباح سنويًا أو عندما تكتشف أجهزة الاستشعار على الخط انخفاض كفاءة الأكسدة الضوئية. يتم إعادة غسل وحدات الترشيح الفائق تلقائيًا باستخدام مياه عالية النقاء؛ ويمكن إجراء تنظيف كيميائي بحمض الستريك أو هيبوكلوريت الصوديوم كل ثلاثة أشهر لاستعادة النفاذية. يتم تغيير فلاتر نقطة الاستخدام في أدوات الشطف على فترات زمنية يحددها عدد الجسيمات؛ وتستبدلها بعض المصانع أسبوعيًا خلال عمليات الإنتاج الحساسة لمنع تجسير الأنماط. يؤدي التعقيم الروتيني بالماء الساخن لأنابيب التوزيع عند درجة حرارة 80 درجة مئوية إلى تدمير الأغشية الحيوية وتقليل عدد الميكروبات؛ ويمكن إجراء هذا الإجراء كل ثلاثة أشهر أو بعد إجراء تعديلات على النظام. يقوم المشغلون بتسجيل كل نشاط في سجل الصيانة للتتبع والتحسين المستمر.

العملية الحسابية النموذجية التي يقوم بها المشغلون هي استرداد التناضح العكسي، والتي تستخدم صيغة الاسترداد (%) = (تدفق المتخلل / تدفق التغذية) × 100. على سبيل المثال، إذا كان تدفق التغذية 50 لتر/الدقيقة ونقطة ضبط الاسترداد 80%، فإن التدفق المتخلل المطلوب هو 40 لتر/الدقيقة. ويضمن تحقيق هذا الهدف كفاءة الغشاء ويؤثر على التحجيم النهائي. يقوم المشغلون أيضًا بإدارة مخاطر المطرقة المائية من خلال برمجة فتحات الصمامات وزيادة المضخات على مدى عدة ثوانٍ بدلاً من أن تحدث على الفور. يتم تتبع مخزون المواد الاستهلاكية مثل الراتنجات المختلطة ومصابيح الأشعة فوق البنفسجية وخراطيش الترشيح لتجنب النقص. تركز برامج التدريب على التحكم في التلوث: يرتدي الفنيون ملابس مناسبة لغرف التنظيف، ويستخدمون أدوات مخصصة لأنظمة المياه المستعملة فوق البنفسجية والمياه المستعملة ويتبعون بروتوكولات دخول صارمة. من خلال هذه الممارسات التشغيلية، يوفر نظام الشطف باستمرار مياه ذات جودة مناسبة مع تقليل وقت التوقف عن العمل ومخاطر المنتج.

التحديات والحلول

تواجه أنظمة الشطف بالطباعة الليثوغرافية الضوئية العديد من المشكلات المتكررة التي يمكن أن تعرض العائد للخطر. المشكلة: يمكن أن يحدث اختراق السيليكا أو البورون من راتنجات التبادل الأيوني المستنفدة فجأة، مما يؤدي إلى زيادة حادة في الشوائب التي لا يتم اكتشافها بواسطة مقاييس المقاومة. الحل: يؤدي استخدام أجهزة التحليل عبر الإنترنت الخاصة بالسيليكا وممارسة استبدال الراتنجات أو تجديدها بناءً على الإنتاجية التراكمية، وليس المقاومة فقط، إلى تقليل هذا الخطر. مشكلة أخرى: يمكن أن تتسبب الملوثات العضوية من عمليات المنبع أو من تدهور الأنابيب البوليمرية في حدوث ضباب على أسطح مقاومات الضوء. الحل: يساعد الجمع بين الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية مع الكربون المنشط في المراحل النهائية وإجراء عمليات التنظيف المنتظمة للحلقة في الحفاظ على مستويات المواد العضوية العضوية القابلة للرشح قبل وصولها إلى الرقاقة.

يشكل النمو الميكروبي المفرط في أنابيب التوزيع تحديًا مختلفًا. المشكلة: حتى في الأنظمة عالية النقاء، يمكن أن تتطور الأغشية الحيوية الرقيقة في الأرجل الميتة أو حيث تكون السرعات منخفضة، مما يؤدي إلى إطلاق السموم الداخلية التي تعطل طبقة المقاومة للضوء. الحل: يُعد تصميم الحلقات بدون أرجل ميتة، والحفاظ على سرعات تبلغ حوالي 1 م/ثانية، وإجراء تعقيم دوري بالماء الساخن عند 80 درجة مئوية من الإجراءات المضادة الفعالة. في الطباعة الحجرية الغاطسة، يمكن لفقاعات الغازات الذائبة المحتبسة بين العدسة والرقاقة أن تكسر الضوء. المشكلة: يمكن أن يؤدي عدم كفاية التفريغ غير الكافي إلى ترك الأكسجين المذاب أعلى من 10 ميكروغرام/لتر، مما يتسبب في تكوين الفقاعات والعيوب البؤرية. الحل: إن تركيب أجهزة إزالة الغازات الغشائية في كل من الحلقة الرئيسية وعند نقطة الاستخدام، ومراقبة الغاز المذاب في واجهة الأداة، يضمن مستويات أكسجين منخفضة ثابتة. وأخيرًا، يمكن أن تؤدي التغيرات في جودة مياه التغذية بسبب اختلافات المصادر البلدية إلى الضغط على المعالجة الأولية. المشكلة: تؤدي الطفرات في السيليكا الغروية أو المواد العضوية إلى تقليل أداء التناضح العكسي وتسريع التلف. الحل: مراقبة المياه الخام وتعديل كيمياء المعالجة المسبقة مؤقتًا - مثل إضافة التخثر أو الترشيح الدقيق - يحافظ على جودة التغذية ضمن معايير التصميم ويحمي الأغشية النهائية.

المزايا والعيوب

يوفر نظام الشطف والتطوير بالطباعة الليثوغرافي الضوئي المتحكم فيه فوائد كبيرة لتصنيع أشباه الموصلات، ولكنه ينطوي أيضًا على مقايضات. على الجانب الإيجابي، يقلل الشطف بالماء عالي النقاء بشكل كبير من العيوب. وتُترجم المقاومة المستقرة، وانخفاض مستويات السيليكا والمستويات العضوية المنخفضة إلى إنتاجية عملية أعلى وعرض خطوط أكثر إحكامًا على الرقاقة. تتيح الإزالة الفعالة للمطوّر ومنع انهيار النمط هندسة أكثر قوة، مما يدعم العقد المتقدمة مثل 5 نانومتر و3 نانومتر. تقلل أنظمة المياه المؤتمتة من العمالة والتباين؛ وتوفر المستشعرات بيانات في الوقت الفعلي، مما يسمح بالاستجابة السريعة للأمور الشاذة. يحسّن التصميم المتكامل مع القطارات المتوازية من توافر النظام ويسمح بالصيانة دون توقف الإنتاج. هناك مزايا بيئية أيضًا: تشتمل الأنظمة الحديثة على استراتيجيات استصلاح المياه وإعادة استخدامها، مما يوفر ملايين اللترات من المياه سنويًا ويقلل من بصمة المصنع. تساهم هذه الميزات مجتمعة في تحقيق التميز التشغيلي والميزة التنافسية في قطاع الإلكترونيات.

ومع ذلك، يجب أيضًا الاعتراف بالعيوب. فالتكلفة الرأسمالية لأنظمة المياه فائقة النقاء مرتفعة بسبب الحاجة إلى مراحل معالجة متعددة ومواد عالية الجودة ومراقبة متطورة. وتشمل تكاليف التشغيل الطاقة اللازمة للمضخات ومصابيح الأشعة فوق البنفسجية، والمواد الاستهلاكية مثل الراتنجات والمرشحات والتنظيف الكيميائي الدوري. ويزيد التعقيد من عبء الصيانة؛ حيث يلزم وجود فنيين مهرة لتشغيل النظام واستكشاف أعطاله وإصلاحها، كما أن معايرة الأجهزة متكررة. إذا لم يتم تصميم النظام بشكل صحيح، يمكن أن يهدر كميات كبيرة من المياه من خلال التنظيف ومعدلات الاسترداد المنخفضة. يمكن أن يؤدي الاعتماد المفرط على أجهزة الاستشعار إلى التهاون؛ فبعض الملوثات مثل السيليكا الغروية لا يتم اكتشافها عن طريق التوصيل وتتطلب اختبارات إضافية. وأخيرًا، يمكن أن يكون التوسع أو التحديثات أمرًا صعبًا في المساحات الضيقة لغرف التنظيف، مما يتطلب أحيانًا وقت تعطل يؤثر على جداول الإنتاج.

الأسئلة المتداولة

سؤال: ما الذي يجعل جودة مياه الشطف بالغة الأهمية في الطباعة الليثوغرافية الضوئية؟

الإجابة: غالبًا ما تكون السمات المنقوشة على رقائق أشباه الموصلات أصغر من الطول الموجي للضوء المرئي، لذلك يمكن أن تتسبب الملوثات الصغيرة في سد الخطوط أو تشويهها. تلامس مياه الشطف أنماط مقاوم الضوء مباشرةً ويجب ألا تدخل شوائب أيونية أو عضوية أو جسيمية. يمكن أن تؤدي نوعية المياه الرديئة إلى انهيار النمط أثناء التجفيف، أو التلوث المعدني الذي يغير سلوك الترانزستور، أو الأغشية العضوية التي تشتت الضوء. ويضمن الحفاظ على معايير فائقة النقاء أن تنتج عملية الطباعة الحجرية دوائر متسقة وخالية من العيوب. لذلك يتعامل المهندسون مع خطوة الشطف كجزء من استراتيجية التعريض الليثوغرافي بدلاً من عملية تنظيف بسيطة.

سؤال: كيف تؤثر السيليكا الذائبة في ماء الشطف على أنماط مقاوم الضوء؟

الإجابة: يمكن أن تترسب السيليكا، سواء كانت ذائبة أو غروانية، على أسطح الرقاقات أثناء التجفيف بالدوران. ونظرًا لأن السيليكا عازلة للكهرباء وغير موصلة للكهرباء، فإنها لا يتم اكتشافها بواسطة مستشعرات التوصيل البسيطة ويمكن أن تتسرب دون أن يلاحظها أحد. تُنشئ جزيئات السيليكا المترسبة جسورًا بين الخطوط المتجاورة أو تُحدث عيوبًا تُعرف باسم "الضباب"، مما يقلل من الوضوح البصري ويؤدي إلى فقدان الإنتاجية. وللتخفيف من هذه المشكلة، تستخدم مصانع أشباه الموصلات راتنجات تبادل الأنيونات قوية القاعدة لإزالة السيليكا وتستخدم أجهزة تحليل السيليكا التي تقيس اللون لتحفيز تغيير الراتنج قبل الاختراق. وقد أثبت إبقاء إجمالي السيليكا أقل من 50 نانوغرام/لتر فعاليته في التصنيع دون 20 نانومتر.

سؤال: لماذا يتم الجمع بين الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية وإزالة الغازات في أنظمة مياه الشطف؟

الإجابة: تستخدم الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية فوتونات عالية الطاقة لتحويل المركبات العضوية الذائبة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. تنتج العملية أيضًا غازات ذائبة مثل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين كمنتجات ثانوية. وتؤدي عملية إزالة الغازات، باستخدام الملامسات الغشائية أو التجريد بالتفريغ، إلى إزالة هذه الغازات إلى جانب الأكسجين المتبقي من العمليات الأولية. وبدون إزالة الغازات، يمكن أن تشكل الغازات الذائبة فقاعات صغيرة أثناء التجفيف بالدوران أو الغمر، مما يسبب خطوطًا وتشويهًا. ويضمن الجمع بين الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية وإزالة الغازات بقاء مستويات المواد العضوية العضوية الكلية أقل من 1 ميكروغرام/لتر بينما تظل تركيزات الغازات الذائبة منخفضة، وبالتالي منع كل من الحثالة العضوية وعيوب الفقاعات.

سؤال: كم مرة يجب استبدال فلاتر نقاط الاستخدام؟

الإجابة: يعتمد تكرار الاستبدال على بيئة الإنتاج وإنتاجية الرقاقة وحساسية الأجهزة التي يتم تصنيعها. في التصنيع بكميات كبيرة للعقد المتقدمة، قد يتم تغيير مرشحات نقطة الاستخدام كل أسبوع للحفاظ على عدد الجسيمات أقل من 200 جسيم لكل لتر. يقوم المشغلون بمراقبة الضغط التفاضلي وعدد الجسيمات في اتجاه مجرى المرشحات؛ وعندما يرتفع أي منهما فوق نقاط الضبط، يتم استبدال المرشح. وغالبًا ما تتم مواءمة الاستبدال المجدول أثناء الصيانة الوقائية مع نوافذ صيانة الأدوات لتقليل وقت التوقف عن العمل. من الضروري الاحتفاظ بمرشحات احتياطية في متناول اليد لتجنب الانقطاعات.

سؤال: هل يمكن تصميم أنظمة مياه الشطف لتحقيق الاستدامة دون المساس بالجودة؟

الإجابة: نعم، تتضمن العديد من مصانع التصنيع الحديثة إعادة استخدام المياه وتصميمات موفرة للموارد. يمكن التقاط مياه الشطف من الخطوات عالية النقاء ومراقبتها وإعادة استخدامها في العمليات الأقل أهمية مثل الطحن الخلفي أو أبراج التبريد. وتقلل أغشية التناضح العكسي عالية الاسترداد والترشيح المرحلي من حجم المياه المرفوضة. تقلل المضخات الموفرة للطاقة ومصابيح الأشعة فوق البنفسجية القائمة على الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) من استهلاك الطاقة. تسمح الأتمتة بالتحكم الدقيق في تسلسل التنظيف، مما يقلل من هدر المياه. في حين أن ضمان نقاء المياه له الأولوية دائماً، يمكن للهندسة المدروسة أن توازن بين الاستدامة ومتطلبات الجودة الصارمة.