Riešenia školenia v oblasti výroby polovodičov

Všetko sa začína ingotmi kremíka s vysokou čistotou, ktoré sa zvyčajne vyrábajú v špecializovanom výrobnom závode procesom nazývaným Czochralského metóda a predávajú sa do zlievarní a tovární na výrobu polovodičov.

Pri výrobe plátkov sa kremíkové ingoty krájajú na tenké kruhové plátky. Tieto plátky sa potom vyleštia, aby sa vytvoril hladký povrch. Na pílenie ingotov sa používajú stroje nazývané pílky na plátky, zatiaľ čo na leštenie plátkov sa používajú lapovacie stroje a leštiace stroje.

Na povrchu kremíkových doštičiek sa pestuje tenká vrstva oxidu kremičitého. Táto vrstva slúži ako izolácia a pomáha v ďalších fázach výrobného procesu. Na to sa používajú špeciálne pece nazývané oxidačné pece.

V tomto kroku sa definuje rozloženie obvodu na doštičke. Na doštičku sa nanesie materiál citlivý na svetlo, ktorý sa nazýva fotorezist, a potom sa na ňu premietne vzor pomocou špeciálneho stroja nazývaného fotolitografický krokomer. Toto zariadenie funguje ako projektor, ale s veľmi presným ovládaním. Na zabezpečenie presnosti a konzistencie sa používajú systémy na zarovnávanie masiek.

Selektívnym leptaním sa z povrchu doštičky odstráni materiál na základe vzorovaného fotorezistu. Tento krok definuje vlastnosti polovodičového zariadenia. Existujú rôzne typy leptacích strojov: mokré leptacie stroje, ktoré používajú chemické roztoky, alebo suché leptacie stroje, ktoré používajú plyny alebo plazmu.

Procesy fotolitografie a leptania sa opakujú na každej vrstve doštičky.

Nanesením tenkých vrstiev materiálu na povrch doštičky sa vytvoria obvody a požadované prvky. Systémy chemického naparovania (CVD) zavádzajú prekurzorové plyny do reakčnej komory, kde reagujú a formulárujú tenkú fóliu. Systémy fyzikálneho naparovania (PVD) používajú na nanášanie materiálu na povrch doštičky fyzikálne metódy (napríklad odparovanie alebo rozprašovanie).

V etape dopovania sa do polovodičového materiálu zavádzajú prímesi, aby sa zmenili jeho elektrické vlastnosti. Iónová implantácia je bežná metóda dopovania. Iónové implantátory urýchľujú ióny do povrchu doštičky, aby implantovali dopanty do špecifických hĺbok. Difúzne pece ohrevajú doštičku v prítomnosti dopujúcich plynov, aby sa dopanty rozptýlili do polovodičového materiálu.

Tento krok sa nazýva aj metalizácia a zahŕňa pridávanie kovových vrstiev na doštičku, ktoré zabezpečujú prepojenie rôznych komponentov obvodu a zabezpečujú cestu pre prúd. To sa vykonáva pomocou depozičných systémov podobných tým, ktoré sa používajú pri usadzovaní. Po nanesení kovu sa pomocou fotolitografie vytvorí vzor drôtov.

Elektronické súčiastky, ako sú kondenzátory, tranzistory, rezistory a diódy, sa môžu do polovodičových zariadení integrovať počas výrobného procesu v rôznych krokoch v závislosti od typu vyrábaného polovodičového zariadenia.

Polovodičové zariadenia sa separujú, balia a testujú, aby sa zabezpečila ich funkčnosť a spoľahlivosť. Zariadenia na lepenie matríc pripevňujú jednotlivé čipy k baleniam substrátom, zariadenia na lepenie drôtov zabezpečujú prepojenie čipov s balením vodičmi, zariadenia na zapuzdrovanie zabezpečujú tesnenie čipov v ochranných materiáloch a testovacie systémy vykonávajú elektrické testovanie na overenie výkonu zariadenia. Na testovanie elektrických vlastností jednotlivých čipov a ich triedenie na základe ich výkonu sa používajú stroje na triedenie elektrických matríc (EDS).

Nástupný program pre nových zamestnancov v oblasti výroby polovodičov by mal mať veko základných tém, ktoré im umožnia komplexne pochopiť základy a výrobné procesy polovodičov.

  Úvod do polovodičovejfyziky vrátane pojmov, ako je teória pásov, dopovanie a mobilita nosičov, a prehľad hodnotového reťazca polovodičového priemyslu. Následne sa noví zamestnanci oboznámia s prehľadom polovodičových materiálov, štruktúr a vlastností zariadení.

Pokračujeme skúmaním  procesov výroby polovodičov, vrátane fotolitografie, leptania, usadzovania a balenia, a nahliadneme do zložitostí výroby. Úvod do prevádzky a údržby výrobných zariadení, ako aj metrologického náradia, s cieľom oboznámiť sa so základným náradím remesla.

Čisté priestory protokol a bezpečnostné normy sú rozhodujúce na zabezpečenie kontroly kontaminácie a bezpečnosti na pracovisku. Program dopĺňajú princípy kontroly kvality a techniky analýzy údajov s dôrazom na dôležitosť kvality výrobkov a optimalizácie procesov.

Zameraním sa na tieto hlavné témy získajú noví zamestnanci dôkladné znalosti o výrobe polovodičov a budú pripravení dosiahnuť úspech v tomto odvetví.

Výroba polovodičov sa vyznačuje digitalizáciou, pretože tvorí formulár priemyslu 4.0 technológií, ako sú priemyselný internet vecí (IIoT), kyberneticko-fyzikálne systémy, aditívna výroba, rozšírená realita (AR), virtuálna realita (VR), umelá inteligencia (AI), analýza veľkých dát a ďalšie pokročilé inovácie. V tejto súvislosti digitalizácia technológií automatizácie výroby optimalizuje výrobné procesy a zvyšuje prevádzkovú efektívnosť

Mechatronika, multidisciplinárny odbor spájajúci strojárstvo, elektrotechniku a počítačovú techniku, je nevyhnutný na pochopenie a údržbu zložitých strojov a robotických systémov používaných pri výrobe polovodičov. Okrem toho, keďže výrobné zariadenia prechádzajú na prepojené vedenia, operátori potrebujú odborné znalosti v oblasti sieťových technológií na zabezpečenie bezproblémovej komunikácie a koordinácie medzi zariadeniami a systémami. MES plošiny zohrávajú kľúčovú úlohu pri optimalizácii výrobných procesov, plánovaní a prideľovaní zdrojov, čo si vyžaduje, aby operátori ovládali ich obsluhu a využívanie.

Okrem toho, vzhľadom na stále väčší dôraz na  energetickú účinnosť, musia mať zamestnanci znalosti o zásadách Manažmentu energie, najmä v oblastiach, ako sú elektrické systémy a používanie stlačeného vzduchu, aby sa minimalizovala spotreba energie a znížil vplyv výrobných zariadení na životné prostredie.

Roboti, priemyselné aj mobilné, sa stali neoddeliteľnou súčasťou moderného výrobného prostredia.

Priemyselné roboty  vykonávajú uchopenie kremíkových platok počas celého výrobného procesu. Používajú sa pri montáži a balení polovodičov na Pick and Place komponentov s vysokou presnosťou. Priemyselné roboty pomáhajú pri leptaní a depozícii presným umiestnením substrátov a masiek v procesných komorách. Nájdete ich v metrológii a kontrole, a dokonca aj pri údržbe čistých priestorov. V závislosti od úlohy sa používajú rôzne roboty, ako sú kĺbové, karteziánske, kolaboratívne (coboty) a iné.

Autonómne alebo poloautonómne mobilné roboty sa používajú aj na manipuláciu s materiálom (preprava materiálov, súčiastok alebo hotových výrobkov medzi rôznymi oblasťami výrobného zariadenia), správu zásob (sledovanie a lokalizácia polovodičových doštičiek, súčiastok alebo náradia) a úlohy kontroly.

PLC sa široko používajú v systémoch na výrobu polovodičov na riadenie a koordináciu rôznych procesov. Zručnosti v oblasti PLC sú nevyhnutné pre osoby pracujúce v oblasti priemyselnej automatizácie, výroby a riadenia procesov, pretože im umožňujú efektívne programovanie, obsluhovať a udržiavať PLC s cieľom optimalizovať výrobné procesy a zabezpečiť hladký chod priemyselných strojov.

Pochopenie komponentov hardvéru PLC je nevyhnutné pre výber, inštaláciu, konfiguráciu a riešenie problémov systémov PLC. Znalosť programovania PLC jazykov je nevyhnutná na vývoj, testovanie a ladenie programov PLC pomocou profesionálneho programovacieho softvéru. Okrem toho je veľmi dôležité integrovať do programov PLC bezpečnostné funkcie, ako sú obvody núdzového zastavenia, aretácie a bezpečnostné relé.

Keďže PLC sú často integrované do priemyselnej siete, technici musia tiež vedieť, ako PLC fungujú ako rozhranie s rôznymi výrobnými zariadeniami a systémami v továrňach na výrobu polovodičov. To zahŕňa pochopenie technológií snímačov, typov aktuátorov, komunikačných protokolov a mechanizmov výmeny údajov používaných na integráciu PLC so zariadeniami, ako sú roboty, vákuové komory, systémy na dodávku chemikálií a metrologické náradie. Konfigurácia komunikačných rozhraní PLC, nastavenie sieťových pripojení a riešenie problémov s komunikáciou si vyžaduje dôkladnú znalosť priemyselných komunikačných protokolov.

Okrem toho by zamestnanci mali byť schopní zhromažďovať, spracovávať a analyzovať údaje generované PLC na monitorovanie výkonnosti procesov, identifikáciu odchýlok a optimalizáciu výrobných procesov.

Elektrické systémy zohrávajú dôležitú úlohu pri napájaní, riadení a monitorovaní zariadení a procesov výroby polovodičov.

Všetci technici musia dobre poznať základy elektrotechniky a elektroniky, ako sú elektrické princípy vrátane napätia, prúdu, rezistoru, výkonu a obvodov. Prvoradé je školenie o elektrickej bezpečnosti vrátane postupov blokovania/odpojenia, správneho používania osobných ochranných prostriedkov (OOP) a bezpečnostných opatrení pri práci s vysokonapäťovým zariadením.

Elektromotory sa široko používajú v strojoch a systémoch na výrobu polovodičov, pretože sú účinné, presné a spoľahlivé. Vďaka ich schopnosti poskytovať konzistentný výkon v spojke s nízkymi požiadavkami na údržbu sú elektromotory preferovanou voľbou na napájanie kritických zariadení, ako sú robotické ramená, dopravníkový pás, vákuové čerpadlo a manipulačný systém na plátky v závodoch na výrobu polovodičov.

Kontroléry elektromotorov zabezpečujú efektívnosť, presnosť, spoľahlivosť a bezpečnosť vo výrobných procesoch. Ich rýchlosť, krútiaci moment, smer a polohu možno regulovať pomocou základných technológií, ako sú relé, krokové a Regulátor servopohonu, frekvenčné meniče, PLC. atď.

Zručnosti v oblasti elektroniky sú pre pracovníkov vo výrobe polovodičov nevyhnutné, pretože im umožňujú pochopiť základné princípy polovodičovej technológie, optimalizovať výrobné procesy, obsluhovať zložité zariadenia a vykonávať opravu, dokonca aj tabule s plošnými spojmi. Znalosť teórie obvodov, výkonovej elektroniky, analógovej elektroniky a digitálnej elektroniky je dôležitá najmä vo výrobe polovodičov, kde sa vo výrobných zariadeniach používajú zložité elektronické komponenty a systémy.

Pneumatické a elektropneumatické komponenty sa bežne používajú v zariadeniach na výrobu polovodičov na rôzne účely vrátane ovládania, riadenia a manipulácie. Vákuová technológia zabezpečuje vyrovnanie a stabilitu doštičiek počas fotolitografie a leptania. Pneumatické čerpadlá a ventily zabezpečujú presné a konzistentné dodávky plynov a chemikálií.

Vzhľadom na potrebu vysokej presnosti, komplexnej automatizácie a optimalizácie na základe údajov vo výrobe polovodičov ponúka digitálna pneumatika - pneumatické komponenty vybavené digitálnou riadiacou technológiou - rozšírenú funkčnosť, presné riadenie a komunikačné možnosti.

Tieto technológie umožňujú nákladovo efektívne, vysoko výkonné riešenia s rýchlou odozvou, jednoduchou inštaláciou a údržbou, čistotou a adaptérom. Okrem toho sú pneumatické systémy neiskriace a iskrovo bezpečné, takže sú vhodné na použitie v nebezpečných prostrediach, ktoré sa bežne vyskytujú v zariadeniach na výrobu polovodičov.

Snímače zohrávajú kľúčovú úlohu pri monitorovaní, kontrole a optimalizácii rôznych procesov, zariadení a prostredí s cieľom zabezpečiť výrobu vysokokvalitných polovodičov. Snímače monitorujú teplotu, tlak, prietok, hladinu, optické vlastnosti, vibrácie, polohu a iné, čím poskytujú spätnú väzbu v reálnom čase o podmienkach procesu. Operátori tak môžu udržiavať optimálne parametre a okamžite zistiť akékoľvek odchýlky, ktoré by mohli ovplyvniť kvalitu výrobku.

V posledných rokoch inteligentné snímače a ich bezproblémová integrácia do priemyselných riadiacich systémov pozdvihli automatizáciu na novú úroveň a ponúkajú vyššiu účinnosť, lepšiu presnosť a spoľahlivosť.

Hoci sú továrne na výrobu polovodičov vysoko automatizovaným a technologicky vyspelým prostredím, na obsluhu strojov a systémov sú potrebné základné zručnosti:

Čerpadlá a potrubné systémy sú neoddeliteľnou súčasťou zariadení na výrobu polovodičov. Uľahčujú rôzne procesy a operácie, napríklad dodávku chemikálií a plynu, chladenie, výrobu vákua a nakladanie s odpadom.

Mechanické pohonné systémy sa spoliehajú na komponenty (napr. pásy, reťaze, ozubené kolesá), ktoré prenášajú silu a pohyb z motorov na pohyblivé časti v rámci strojov na spracovanie polovodičov.

Priemyselný elektrický drôt zohráva rozhodujúcu úlohu pri zabezpečovaní napájania a prepojenia rôznych strojov a systémov, aby mohli spoľahlivo a efektívne fungovať.

Základná dimenzionálna metrológia a správne používanie bežného ručného náradia sú nevyhnutné pre efektívne úlohy údržby a opravy výrobných zariadení a strojov.

Pri výrobe polovodičov sú systémy ohrevu, vetrania, klimatizácie (HVAC) a chladenia nevyhnutné na udržanie presných podmienok prostredia potrebných na vysokokvalitnú výrobu. Tieto systémy kontrolujú teplotu, vlhkosť a kvalitu vzduchu, ktoré sú nevyhnutné pre výrobný proces.

Technici musia ovládať používanie monitorovacieho náradia na sledovanie týchto environmentálnych metrík. Ich technické schopnosti musia zahŕňať aj pochopenie riadiacich systémov HVAC a spôsobu integrácie týchto systémov s ostatnými systémami a procesmi v objekte. Musia tiež rozumieť základným chladiacim pojmom, ako sú základy termodynamiky a chladiaceho cyklu.

Výroba polovodičov si vyžaduje rôzne procesné prístroje a kontrolné prístroje na zabezpečenie presnej kontroly, monitorovania a optimalizácie procesných premenných, ako sú prietok, hladina, tlak, teplota, pH a vodivosť. Medzi bežné príklady patria prietokomery, pH snímače a kontroléry tlaku. Kľúčovými komponentmi v týchto procesných slučkách sú aj vysielače, ventily a iné prevádzkové zariadenia.

Systémy SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) a DCS (Distributed Control Systems) sú príkladmi automatizovaných riadiacich systémov, ktoré upravujú parametre procesu na base spätnej väzby zo snímačov s cieľom udržať požadované podmienky a dosiahnuť konzistentnú kvalitu polovodičov. Tieto systémy regulujú prietoky plynu, dávky chemikálií a sady zariadenia s vysokou presnosťou a opakovateľnosťou. Systémy SCADA zvyčajne monitorujú a vizualizujú procesné údaje v reálnom čase, zatiaľ čo systémy DCS ponúkajú centralizované riadenie a koordináciu procesných zariadení a operácií.

Výroba polovodičov sa vo veľkej miere spolieha na veľmi čistú vodu s minimálnym množstvom kontaminantov. Systémy ultračistej vody (UPW) používajú pokročilé metódy čistenia, ako je reverzná osmóza, deionizácia a filtrácia, aby spĺňali prísne normy kvality. Táto čistená voda je neoddeliteľnou súčasťou rôznych výrobných procesov vrátane čistenia plátkov, miešania chemikálií a oplachovania. Udržiavanie kvality a množstva technologickej vody je najdôležitejšie pre konzistentné a spoľahlivé výrobné postupy.

Okrem toho je voda dôležitou chladiacou kvapalinou, ktorá chráni zariadenie pred prehriatím a zabezpečuje optimálny výkon. Vzhľadom na to, že pri výrobe polovodičov vznikajú odpadové vody obsahujúce rôzne chemikálie a kontaminanty, sú pred vypúšťaním, recykláciou alebo opätovným použitím vody nevyhnutné účinné procesy čistenia. Tým sa minimalizuje spotreba vody a vplyv na životné prostredie a zabezpečuje sa udržateľnosť výrobných postupov.

Prevádzková dokonalosť a kvalita výrobkov sú kritickými piliermi výroby polovodičov, ktoré si vyžadujú dôkladné pochopenie rôznych princípov na zabezpečenie efektívnosti, spoľahlivosti a dokonalosti výrobkov.

Vďaka pochopeniu koncepcií čistej výroby vrátane znižovania množstva odpadu, neustáleho zlepšovania a mapovania toku hodnôt sú zamestnanci schopní optimalizovať procesy a odstraňovať neefektívnosť v celej výrobe polovodičov.

Znalosť techník štatistickej kontroly procesu (SPC) pomáha operátorom monitorovať a riadiť výrobné procesy, udržiavať konzistenciu a rýchlo identifikovať odchýlky, ktoré by mohli ohroziť kvalitu výrobku.

Znalosť princípov TOTAL produktívnej údržby (TPM) je nevyhnutná na zaručenie spoľahlivosti zariadení, minimalizáciu prestojov a maximalizáciu celkovej efektívnosti zariadení (OEE) vo výrobných zariadeniach na výrobu polovodičov.

Okrem toho znalosť ďalších tém, ako sú Poka príruba, 5S organizácia Workstation, analýza toku hodnôt a mapovanie a metódy Six Sigma, ďalej obohacuje súbor zručností zamestnancov a zlepšuje výrobné operácie.

Poskytnutie zariadenia, ktoré odráža prostredie v továrňach na výrobu polovodičov, zaručuje, že sa študenti môžu oboznámiť so strojmi a technológiami, ktoré sú štandardom v priemysle.

Ponuka praktických cvičení, experimentov a projektov, ktoré fungujú ako simulátory reálnych výrobných scenárov, umožňuje študentom získať cenné praktické skúsenosti.

Využívanie multimediálnych seminárov, simulačných náradí, virtuálnych laboratórií a aplikácií rozšírenej reality zlepšuje zážitok z učenia, prispôsobuje sa rôznym štýlom učenia a uľahčuje pochopenie zložitých konceptov.

Adaptívne školenia pre študentov z rôznych prostredí a s rôznymi kariérnymi ambíciami zaručujú, že každý jednotlivec dostane vzdelanie prispôsobené jeho potrebám a cieľom.

Sledovanie pokroku študentov, identifikácia oblastí, v ktorých sa majú zlepšiť, a poskytovanie poradenstva a podpory počas celého školenia zabezpečuje, že študenti neustále rozvíjajú svoje zručnosti.

Dôraz na rozvoj mäkkých zručností, ako je komunikácia, tímová práca a adaptabilita, je nevyhnutný pre úspech v kolektívnom a rýchlo sa rozvíjajúcom prostredí výroby polovodičov.