Halfgeleiderproductie training oplossingen

Alles begint met hoogzuivere silicium ingots, meestal geproduceerd in een gespecialiseerde fabriek volgens een proces dat de Czochralski-methode wordt genoemd en verkocht aan halfgeleiderfabrieken en -gieterijen.

Tijdens de productie van wafers worden de silicium ingots in dunne, ronde wafers gesneden. Deze wafers worden vervolgens gepolijst om gladde oppervlakken te creëren. Machines die wafer zagen worden gebruikt om de ingots te snijden, terwijl lapping- en polijstmachines worden gebruikt om de wafers te polijsten.

Op het oppervlak van siliciumwafers wordt een dunne laag siliciumdioxide gegroeid. Deze laag fungeert als isolatie en helpt in latere stappen van het productieproces. Dit gebeurt in speciale ovens die oxidatieovens worden genoemd.

Deze stap bepaalt de lay-out van het circuit op de wafer. Een lichtgevoelig materiaal, fotolak genaamd, wordt op de wafer aangebracht en vervolgens wordt er een patroon op geprojecteerd met een speciale machine die fotolithografie stepper wordt genoemd. Deze machine werkt als een projector, maar met een zeer nauwkeurige bediening. Systemen voor het uitlijnen van maskers worden gebruikt om precisie en consistentie te garanderen.

Door selectief te etsen wordt materiaal van het waferoppervlak verwijderd op basis van het fotolakpatroon. Deze stap definieert de producteigenschappen van het halfgeleiderapparaat. Er zijn verschillende soorten etching-machines: natte etching-machines die chemische oplossingen gebruiken of droge etching-machines die gassen of plasma gebruiken.

De fotolithografie en het etching proces worden herhaald op elke laag van de wafer.

Depositie voegt dunne lagen materiaal toe aan het waferoppervlak om de circuits op te bouwen en de gewenste producteigenschappen te creëren. Chemical Vapor Deposition (CVD) systeemtechnieken brengen precursorgassen in een reactiekamer, waar ze reageren om een dunne folie te vormen. Physical Vapor Deposition (PVD) systemen gebruiken fysieke methoden (zoals verdamping of sputteren) om materiaal op het waferoppervlak af te zetten.

In het doteringstadium worden onzuiverheden in het halfgeleidermateriaal gebracht om de elektrische eigenschappen te wijzigen. Ionenimplantatie is een veelgebruikte doteringsmethode. Ionenimplantatoren versnellen ionen naar het waferoppervlak om doteringsmiddelen op specifieke diepten te implanteren. Diffusieovens verhitten de wafer in de aanwezigheid van doteringsgassen om doteringsmiddelen in het halfgeleidermateriaal te diffunderen.

Deze stap, ook wel metallisatie genoemd, houdt in dat er metaallagen op de wafer worden aangebracht om de verschillende onderdelen van het circuit met elkaar te verbinden en de stroom een debietweg te geven. Dit wordt gedaan met behulp van depositie systemen, vergelijkbaar met de systemen die gebruikt worden bij depositie. Zodra het metaal is gedeponeerd, wordt het met fotolithografie gedessineerd om de draden te maken.

Elektronische componenten zoals condensatoren, transistors, weerstanden en diodes kunnen geïntegreerd worden in halfgeleidercomponenten tijdens het productieproces in verschillende stappen, afhankelijk van het type halfgeleiderapparaat dat geproduceerd wordt.

Halfgeleiders worden gescheiden, verpakt en getest om de functionaliteit en betrouwbaarheid te garanderen. Die bonders bevestigen individuele chips aan verpakkingssubstraten, wire bonders verbinden chips met verpakkingskabels, inkapseling-apparatuur sluit chips in beschermende materialen in en test-apparatuur voert elektrische tests uit om de prestaties van het apparaat te verifiëren. Electric die sorting (EDS) worden gebruikt om de elektrische karakteristieken van elke chip te testen en ze te sorteren op basis van hun prestaties.

Een inwerkprogramma voor nieuw personeel in de halfgeleiderproductie moet essentiële onderwerpen dekken om een goed begrip te krijgen van de grondbeginselen en de productieprocessen van halfgeleiders.

Een inleiding in de fysica van halfgeleiders , met inbegrip van concepten zoals bandtheorie, dotering en mobiliteit van de expediteurs, en een overzicht van de waardeketen van de halfgeleiderindustrie vormen de basis. Vervolgens helpt een overzicht van halfgeleidermaterialen, apparaatstructuren en apparaatkarakteristieken nieuwe medewerkers om de basis te begrijpen.

Vervolgens geeft een verkenning van de productieprocessen van halfgeleiders , waaronder fotolithografie, etsen, afzetting en verpakking, inzicht in de fijne kneepjes van de productie. Een inleiding in de bediening en het onderhoud van productie-apparatuur en meetinstrumenten om vertrouwd te raken met de essentiële gereedschappen van het vak.

Schoonmaakruimte protocol en veiligheid normen zijn van cruciaal belang om verontreiniging onder controle te houden en de veiligheid op de werkplaats te garanderen. Beginselen voor kwaliteitscontrole en technieken voor gegevensanalyse ronden het programma af en benadrukken het belang van productkwaliteit en procesoptimalisatie.

Door zich op deze hoofdonderwerpen te richten, krijgen nieuwe werknemers een goed inzicht in de halfgeleiderfabricage en zijn ze klaar om succes te boeken in de industrie.

De productie van halfgeleiders wordt gekenmerkt door digitalisering, aangezien het de basis vormt voor Industrie 4.0 technologieën zoals het  industriële internet der dingen(IIoT), cyberfysieke systemen, additive manufacturing, augmented reality (AR), virtual reality (VR), AI, big data analytics en andere geavanceerde innovaties. In deze context optimaliseert de digitalisering van fabrieksautomatisering de productieprocessen en verbetert de operationele efficiëntie

Mechatronica, een multidisciplinair vakgebied dat mechanica, elektrotechniek en computertechniek combineert, is essentieel voor het begrijpen en onderhouden van de complexe machines en robotica die worden gebruikt bij de productie van halfgeleiders. Bovendien hebben fabrikanten, naarmate productielijnen met elkaar verbonden raken, expertise nodig in netwerktechnologieën  om een naadloze communicatie en coördinatie tussen productie-apparatuur en systemen te garanderen. MES platforms spelen een cruciale rol bij het optimaliseren van productieverwerking, planning en toewijzing van middelen, waardoor operators bedreven moeten zijn in de bediening en het gebruik ervan.

Bovendien, met een steeds grotere focus op  energie-efficiëntie, moeten werknemers kennis hebben van de principes van energy management, met name op gebieden zoals elektrische systemen en persluchtgebruik, om het energieverbruik te minimaliseren en de impact op het milieu van halfgeleiderproductiefaciliteiten te verminderen.

Robots, zowel industriële als mobiele, zijn een integraal onderdeel geworden van de moderne fabrieksomgeving.

Industriële robots handling van siliciumwafers tijdens het hele productieproces. Ze worden gebruikt bij halfgeleiderassemblage en -verpakking om zeer nauwkeurig halfgeleidercomponenten te pakken en te plaatsen. Industriële robots helpen bij etching- en depositieprocessen door substraten en maskers nauwkeurig te positioneren in proceskamers. Ze zijn te vinden in metrologie en inspectie en zelfs cleanroomonderhoud. Afhankelijk van de taak worden verschillende robots gebruikt, zoals gelede, cartesiaanse, samenwerkende robots (cobots) en andere.

Autonome of semi-autonome mobiele robots worden ook gebruikt voor material handling (het transporteren van materialen, halfgeleidercomponenten of afgewerkte producten tussen verschillende delen van de productiefaciliteit), voorraadbeheer (het volgen en lokaliseren van halfgeleiderwafers, -componenten of tools) en inspectietaken.

PLC's worden veel gebruikt in halfgeleiderproductiesystemen om verschillende processen te besturen en te coördineren. Vaardigheden in PLC's zijn essentieel voor personen die werkzaam zijn in industriële automatisering, productie en procesbesturing, zodat ze PLC's effectief kunnen programmeren, bedienen en onderhouden om productieprocessen te optimaliseren en een soepele werking van industriële machines te garanderen.

Inzicht in PLC hardwarecomponenten  is essentieel voor het selecteren, installeren, configureren en foutlocaliseren van PLC systemen. Bekwaamheid in PLCprogrammeer talen is essentieel voor het ontwikkelen, testen en debuggen van PLC-programma's met behulp van professionele programmeersoftware. Daarnaast is de integratie van producteigenschappen in PLC-programma's, zoals noodstopcircuits, interlocks en veiligheidsrelais, van cruciaal belang.

Aangezien PLC's vaak worden geïntegreerd in een industrieel netwerk, moeten technici ook weten hoe PLC's interfacen met verschillende productie-apparatuur en systemen in halfgeleiderfabrieken. Dit omvat inzicht in sensortechnologieën, actuatortypen, communicatieprotocollen en gegevensuitwisselingsmechanismen die worden gebruikt om PLC's te integreren met productie-apparatuur zoals robots, vacuümkamers, systemen voor chemische toediening en metrologiegereedschappen. De configuratie van PLC-communicatie-interfaces, het opzetten van netwerkverbindingen en het foutlocaliseren van communicatieproblemen vereisen een grondige kennis van industriële communicatieprotocollen.

 Bovendien moeten werknemers in staat zijn om gegevenste verzamelen, verwerken en analyseren die door de PLC's worden gegenereerd om de procesprestaties te monitoren, afwijkingen te identificeren en productieverwerkingen te optimaliseren.

Elektrische bediening speelt een belangrijke rol bij het van stroom voorzien, besturen en monitoren van productie-apparatuur en -processen van halfgeleiders.

Alle technici hebben een goed begrip nodig van de basisprincipes van elektrotechniek en elektronica, zoals elektrische principes, waaronder spanning, stroom, weerstand, vermogen en schakelingen. Opleiding in elektrische veiligheidpraktijken, waaronder lockout/tagout-procedures, correct gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) en voorzorgsmaatregelen voor het werken met hoogspanning-apparatuur is van het grootste belang.

Elektromotoren worden veel gebruikt in machines en systemen in de halfgeleiderproductie omdat ze efficiënt, nauwkeurig en betrouwbaar zijn. Hun vermogen om consistente prestaties te leveren, gekoppeld aan lage onderhoudsvereisten, maakt elektromotoren tot de keuze bij uitstek voor het aandrijven van kritieke apparaten zoals robotarmen, transportbandsystemen, vacuümpompen en wafer handling systemen in halfgeleiderfabrieken.

Elektromotor controllers zorgen voor efficiëntie, precisie, betrouwbaarheid en veiligheid in productieprocessen. Hun snelheid, koppel, richting en positie kunnen worden geregeld met behulp van basistechnologieën zoals relais, stappen- en servomotor drives, aandrijvingen met variabele frequentie en PLC's. enz.

Elektronicavaardigheden zijn onmisbaar voor werknemers in de halfgeleiderproductie, omdat ze hiermee de onderliggende principes van halfgeleidertechnologie kunnen begrijpen, productieprocessen kunnen optimaliseren, geavanceerde apparatuur kunnen bedienen en problemen kunnen oplossen en repareren, zelfs van schakelborden. Vaardigheid in circuittheorie, vermogenselektronica, analoge elektronica en digitale elektronica is vooral relevant bij de productie van halfgeleiders, waar ingewikkelde elektronische onderdelen en systemen worden gebruikt in productie-apparatuur.

Pneumatische en elektropneumatische actuatoren worden vaak gebruikt in productie-apparatuur voor halfgeleiders voor verschillende doeleinden, waaronder bediening, controle en manipulatie. Vacuümtechniek zorgt ervoor dat wafers uitgelijnd en stabiel zijn tijdens fotolithografie en etching-processen. Pneumatische pompen en ventielen zorgen voor een nauwkeurige en consistente toevoer van gassen en chemicaliën.

Gezien de behoefte aan hoge precisie, complexe automatisering en gegevensgestuurde optimalisatie bij de productie van halfgeleiders, biedt digitale pneumatiek-pneumatische componenten uitgerust met digitale techniek verbeterde functionaliteit, nauwkeurige besturing en communicatiemogelijkheden.

Deze technologieën maken kosteneffectieve oplossingen met hoge prestaties mogelijk, met snelle responstijden, eenvoudige installatie en onderhoud, netheid en aanpasbaarheid. Bovendien zijn pneumatische systemen vonkarm en intrinsiek veilig, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in gevaarlijke omgevingen die vaak voorkomen in halfgeleiderfabrieken.

Sensoren spelen een cruciale rol in het bewaken, controleren en optimaliseren van verschillende processen, productie-apparatuur en omgevingen om de productie van halfgeleiders van hoge kwaliteit te garanderen. Sensoren monitoren onder andere temperatuur, druk, debiet, niveau, optische eigenschappen, trillingen en positie en geven realtime feedback over de procesomstandigheden. Hierdoor kunnen operators optimale parameters handhaven en afwijkingen die van invloed kunnen zijn op de kwaliteit van het apparaat onmiddellijk detecteren.

In de afgelopen jaren hebben slimme sensoren en hun naadloze integratie in industriële besturingssystemen automatisering naar een nieuw niveau getild, met verbeterde efficiëntie, grotere nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.

Hoewel halfgeleiderfabrieken sterk geautomatiseerde en hoogtechnologische omgevingen zijn, zijn basisvaardigheden vereist om machines en systemen te bedienen:

Pompen en leidingsystemen zijn integrale onderdelen van halfgeleiderproductiefaciliteiten Ze faciliteren verschillende processen en bewerkingen, zoals het leveren van chemicaliën en gas, koeling, vacuümopwekking en afvalbeheer.

Mechanische aandrijfsystemen vertrouwen op componenten (bijv. riemen, kettingen, tandwielen) die kracht en beweging overbrengen van motoren naar bewegende onderdelen in halfgeleiderverwerkingsmachines.

Industriële elektrische bedrading speelt een cruciale rol bij het leveren van voeding en betrouwbaarheid aan verschillende machines en systemen.

Basis dimensionale metrologie en het juiste gebruik van gewone handgereedschappen zijn essentieel voor efficiënte onderhouds- en reparatiewerkzaamheden aan productie-apparatuur en machines.

Bij de productie van halfgeleiders zijn verwarming, ventilatie, airconditioning (HVAC) en koelsystemen essentieel om de precieze omgevingsomstandigheden te handhaven die nodig zijn voor productie van hoge kwaliteit. Deze systemen regelen de temperatuur, vochtigheid en luchtkwaliteit, die allemaal essentieel zijn voor het productieproces.

Technici moeten bedreven zijn in het gebruik van gereedschappen om deze milieugegevens te monitoren. Hun technische bekwaamheid moet zich uitstrekken tot het begrijpen van HVAC-besturingssystemen en hoe deze systemen integreren met andere facilitaire systemen en processen. Ze moeten ook de basis koelingsconcepten begrijpen, zoals de grondbeginselen van thermodynamica en de koelcyclus.

De productie van halfgeleiders vereist een verscheidenheid aan procesinstrumentatie en besturingsinstrumentatie voor een nauwkeurige regeling, bewaking en optimalisatie van de procesvariabelen zoals stroming, drukniveau, temperatuur, pH en geleidbaarheid. Gangbare voorbeelden zijn debietsensoren, pH-sensoren en druksensoren. Transmitters, ventielen en andere veldapparaten zijn ook cruciale componenten binnen deze proces loops.

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) en Distributed Control Systems (DCS) zijn voorbeelden van geautomatiseerde besturingssystemen die procesparameters aanpassen op basis van feedback van sensoren om de gewenste condities te handhaven en een consistente halfgeleider kwaliteit te bereiken. Deze systeemtechnieken regelen gasdebieten, chemische doseringen en productie-apparatuur met hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid. SCADA-systemen monitoren en visualiseren procesgegevens meestal in realtime, terwijl DCS-systemen gecentraliseerde besturing en coördinatie van productiefaciliteiten en -bewerkingen bieden.

Halfgeleiderfabrikanten zijn sterk afhankelijk van ultrazuiver water met minimale verontreinigingen. Ultrazuiver water (UPW) systemen gebruiken geavanceerde zuiveringsmethoden zoals omgekeerde osmose, deïonisatie en filtratie om aan strenge kwaliteitsnormen te voldoen. Dit gezuiverde water is een integraal onderdeel van verschillende productieprocessen, waaronder het reinigen van wafers, het mengen van chemicaliën en het spoelen. Het handhaven van de kwaliteit en kwantiteit van het proceswater is van het grootste belang voor consistente en betrouwbare productieprocedures.

Daarnaast is water ook een cruciale koelvloeistof die productie-apparatuur beschermt tegen oververhitting en optimale prestaties garandeert. Aangezien de productie van halfgeleiders afvalwater genereert dat diverse chemicaliën en verontreinigingen bevat, zijn effectieve zuiveringsprocessen essentieel voordat het water wordt geloosd, gerecycled of hergebruikt. Dit minimaliseert het waterverbruik en de impact op het milieu en zorgt ervoor dat de productiepraktijken duurzaam zijn.

Operationele uitmuntendheid en productkwaliteit zijn kritieke pijlers van de halfgeleiderproductie en vereisen een grondig begrip van verschillende werkingsprincipes om efficiëntie, betrouwbaarheid en uitmuntendheid van het apparaat te garanderen.

Door de concepten lean production te begrijpen, waaronder afvalvermindering, continu verbeteren en value stream mapping, kunnen werknemers processen optimaliseren en inefficiënties in de halfgeleiderproductie elimineren.

Bekwaamheid in statistic process control (SPC)-technieken helpt operators bij het monitoren en beheren van productieprocessen, het behouden van consistentie en het snel identificeren van afwijkingen die de kwaliteit van het apparaat in gevaar kunnen brengen.

Kennis van de principes van total productive maintenance (TPM) is onmisbaar voor het garanderen van de betrouwbaarheid van productie-apparatuur, het minimaliseren van stilstand en het maximaliseren van de totale effectiviteit van productie-apparatuur (OEE) in halfgeleiderfabrieken.

Bovendien verrijkt vaardigheid in aanvullende onderwerpen zoals Poka Yoke, 5S werkstationorganisatie, waardestroomanalyse en in kaart brengen, en Six Sigma methoden de vaardigheden van werknemers en verbetert het de productieprocessen.

Door productie-apparatuur aan te bieden die de omgeving in halfgeleiderfabrieken weerspiegelt, kunnen studenten zich vertrouwd maken met machines en technologie die aan de industriestandaard voldoen.

Door praktische oefeningen, experimenten en projecten aan te bieden die echte productiescenario's simuleren, kunnen studenten waardevolle praktijkervaring opdoen.

Het gebruik van multimediale seminaries, simulatietools, virtuele labs en augmented reality-toepassingen verbetert de leerervaring, speelt in op verschillende leerstijlen en vergemakkelijkt het begrip van complexe concepten.

Door de opleiding aan te passen aan studenten met verschillende achtergronden en met verschillende loopbaanaspiraties, krijgt iedereen onderwijs op maat dat is afgestemd op hun behoeften en doelen.

Door de vooruitgang van studenten bij te houden, verbeterpunten te identificeren en begeleiding en support te bieden tijdens de opleiding, kunnen studenten hun vaardigheden voortdurend ontwikkelen.

Het benadrukken van de ontwikkeling van zachte vaardigheden zoals communicatie, teamwerk en aanpassingsvermogen is essentieel voor succes in de collaboratieve en snelle omgeving van de halfgeleiderproductie.