สภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมอุณหภูมิ-ส่งผลต่อความแม่นยำของมาตรวิทยาในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์อย่างไร

ถามวิศวกรมาตรวิทยาคนใดก็ตามว่าสาเหตุที่ใหญ่ที่สุดของข้อผิดพลาดในการวัดที่ซ่อนอยู่คืออะไร และหลายๆ คนจะไม่ชี้ไปที่เครื่องมือเลย - พวกเขาจะชี้ไปที่ห้อง เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่มีความแม่นยำระดับนาโนเมตรจะดีพอๆ กับสภาพแวดล้อมที่ทำงาน ความผันผวนของอุณหภูมิ การสั่นสะเทือนของพื้น และอนุภาคในอากาศสามารถกัดกร่อนความสามารถในการทำซ้ำของการวัดอย่างเงียบๆ ได้นานก่อนที่ตัวอุปกรณ์จะกลายเป็นปัจจัยจำกัด

ทำไมครึ่งปริญญาถึงมีความสำคัญ

วัสดุแข็งส่วนใหญ่จะขยายตัวและหดตัวตามอุณหภูมิ และส่วนประกอบที่มีความแม่นยำก็ไม่มีข้อยกเว้น ฐานการวัดหินแกรนิตหรือโลหะที่เลื่อนแม้แต่เสี้ยวหนึ่งขององศาเซลเซียสทั่วทั้งพื้นที่การผลิตสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดตามลำดับไมครอน - ซึ่งเป็นแถบพิกัดความเผื่อที่อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์, CMM และระบบการตรวจสอบด้วยแสงพยายามวัดภายในอย่างแม่นยำ นี่คือสาเหตุที่โรงงานผลิตที่มีความแม่นยำอย่างจริงจังไม่เพียงแค่-ปรับอากาศในห้องเท่านั้น พวกเขาออกแบบให้เป็นระบบควบคุมที่มีการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นอย่างต่อเนื่องและเข้มงวด

สภาพแวดล้อมมาตรวิทยาที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมมีลักษณะเป็นอย่างไร

มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างห้องที่ "เย็น" กับห้องที่ควบคุมอุณหภูมิ- และความชื้นอย่างแท้จริง-เพื่อวัตถุประสงค์ด้านมาตรวิทยา สิ่งอำนวยความสะดวกที่สร้างขึ้นเพื่อการทำงานที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษ-โดยทั่วไปจะจัดการกับปัจจัยหลายประการพร้อมกัน:

การก่อสร้างพื้น ตัวพื้นจะต้องมีมวลที่มั่นคงและไม่สั่นพ้อง- พื้นคอนกรีตแข็งพิเศษ-ที่เทให้มีความหนาตั้งแต่หนึ่งเมตรขึ้นไปถูกนำมาใช้ในเวิร์คช็อปที่มีอุณหภูมิคงที่-และความชื้นคงที่-โดยเฉพาะ เนื่องจากพื้นที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าหรือบางกว่า-จะส่งแรงสั่นสะเทือนโดยรอบได้ง่ายกว่ามาก

การแยกการสั่นสะเทือน แม้แต่พื้นที่สร้างด้วยบ่อน้ำ-ก็ยังสามารถส่งแรงสั่นสะเทือนจากอุปกรณ์ใกล้เคียง การสัญจรทางเท้า หรือกิจกรรมบนถนนกลางแจ้งได้ ร่องป้องกันการสั่นสะเทือน - ช่องแยกที่ตัดรอบปริมณฑลของพื้นที่วัด โดยทั่วไปจะมีความกว้างประมาณ 500 มม. และลึกไม่เกิน 2 เมตร - แยกทางกายภาพออกจากพื้นที่การวัดจากแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนของโครงสร้างโดยรอบ

อุปกรณ์ขนถ่ายวัสดุ เครนเหนือศีรษะมักจำเป็นสำหรับการเคลื่อนย้ายหินแกรนิตหนักหรือส่วนประกอบที่เป็นโลหะเข้าและออกจากโรงงาน แต่เครนทั่วไปจะทำให้เกิดเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนทางกลในตัวมันเอง ระบบเครนเหนือศีรษะที่ทำงานเงียบ-ถูกนำมาใช้ในโรงงานที่มีความแม่นยำสูง-โดยเฉพาะเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนสภาพแวดล้อมในการวัดระหว่างการปฏิบัติงาน

ห้องคลีนรูม-ชุดประกอบที่อยู่ติดกัน สำหรับส่วนประกอบหินแกรนิตที่กำหนดไว้สำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ การประกอบขั้นสุดท้ายจะเกิดขึ้นมากขึ้นในห้องที่มีการควบคุม-อุณหภูมิและฝุ่น-คงที่โดยเฉพาะซึ่งสร้างขึ้นตามมาตรฐานที่คล้ายกับห้องปลอดเชื้อของเซมิคอนดักเตอร์ - ลดการปนเปื้อนของอนุภาคที่อาจรบกวนการตกแต่งพื้นผิวและการประกอบที่ต่ำกว่า-ไมครอน

เหตุใดสิ่งนี้จึงมีความสำคัญนอกเหนือจากพื้นโรงงาน

สำหรับผู้ซื้อหินแกรนิตและส่วนประกอบโลหะที่มีความแม่นยำ สภาพแวดล้อมที่ซัพพลายเออร์ผลิตและการวัดผลไม่ใช่รายละเอียดต่อพ่วง - แต่เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนด ส่วนประกอบที่วัดและรับรองว่าแบนจนเหลือเศษเสี้ยวไมครอนในห้องที่ไม่มีการควบคุม อาจไม่มีความคลาดเคลื่อนดังกล่าวเมื่อออกจากโรงงาน เพียงเพราะการวัดนั้นดำเนินการภายใต้สภาวะที่ไม่เสถียร นี่คือเหตุผลว่าทำไมใบรับรองการสอบเทียบจากสถาบันมาตรวิทยาที่ได้รับการรับรองจึงมีความสำคัญ และเหตุใดการตรวจสอบย้อนกลับไปยังสถาบันมาตรวิทยาระดับประเทศจึงถือเป็นข้อกำหนดพื้นฐาน ไม่ใช่คุณลักษณะพิเศษในการจัดซื้อจัดจ้างทางอุตสาหกรรมอย่างจริงจัง

การควบคุมสิ่งแวดล้อมเป็นกระบวนการ ไม่ใช่คุณลักษณะ

เป็นเรื่องง่ายสำหรับเอกสารข้อมูลจำเพาะที่จะอ้างว่าเป็น "การผลิตที่ควบคุมสภาพอากาศ-" จริงๆ แล้วยากกว่ามากในการออกแบบระบบพื้น โครงสร้างแยกการสั่นสะเทือน และกระบวนการประกอบห้องคลีนรูม-ที่อยู่ติดกันซึ่งรองรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ การบินและอวกาศ และอุปกรณ์มาตรวิทยาขั้นสูงยังคงผลักดันไปสู่ค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้น โรงงานที่ผลิตส่วนประกอบพื้นฐานจะถูกตัดสินมากขึ้น ไม่เพียงแต่ในความแม่นยำของเครื่องจักรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสภาพแวดล้อมทางกายภาพที่เครื่องจักรเหล่านั้นทำงานด้วย