Рішення для навчання виробництва напівпровідників

Все починається зі згадок кремнію високої чистоти, які зазвичай виробляються на спеціалізованому заводі за допомогою методу Чохральського і продаються напівпровідниковим ливарним заводам і фабрикам.

Під час виробництва кремнієвих пластин заготов кремнію нарізають тонкими круглими пластинами. Потім ці пластини поліруються для створення гладких поверхонь. Для нарізання заготовок використовуються пилки-верстати, а для полірування пластин - притиральні та полірувальні верстати.

На поверхні кремнієвих пластин вирощують тонкий шар діоксиду кремнію. Цей шар виконує роль ізоляції та допомагає на наступних етапах виробничого процесу. Для цього використовуються спеціальні печі, які називаються окислювальними.

На цьому кроці визначається розташування схеми на пластині. На пластину наносять світлочутливий матеріал, який називається фоторезист, а потім на нього проектують малюнок за допомогою спеціальної машини, яка називається фотолітографічним степпером. Ця машина працює як проектор, але з дуже точним управлінням. Системи вирівнювання маски використовуються для забезпечення точності та узгодженості.

Шляхом вибіркового травлення з поверхні пластини видаляється матеріал на основі фоторезисту з малюнком. На цьому етапі визначаються особливості напівпровідникового пристрою. Існують різні типи травильних машин: мокрі травильні машини, які використовують хімічні розчини, або сухі травильні машини, які використовують гази або плазму.

Процеси фотолітографії та травлення повторюються на кожному з шарів пластини.

Осадження додає тонкі шари матеріалів на поверхню пластини для побудови схем і створення бажаних властивостей. Системи хімічного осадження з газової фази (CVD) вводять гази-прекурсори в реакційну камеру, де вони вступають в реакцію, формулярну тонку плівку. Системи фізичного осадження з газової фази (PVD) використовують фізичні методи (наприклад, випаровування або розпилення) для нанесення матеріалу на поверхню підкладки.

На етапі легування в напівпровідниковий матеріал вводять домішки для модифікації його електричних властивостей. Іонна імплантація - поширений метод допінгу. Іонні імплантатори прискорюють іони в поверхню пластини, щоб імплантувати домішки на певну глибину. Дифузійні печі здійснюють опалення підкладки в присутності легуючих газів для дифузії домішок у напівпровідниковий матеріал.

Цей етап, який також називають металізацією, передбачає додавання шарів металу на пластину, щоб з'єднати різні компоненти схеми і забезпечити шлях для проходження струму. Для цього використовуються системи осадження, подібні до тих, що застосовуються при осадженні. Після того, як метал осаджено, на нього наносять візерунок за допомогою фотолітографії, щоб створити дроти.

Електронні компоненти, такі як конденсатори, транзистори, резистори та Діод, можуть бути інтегровані в напівпровідникові прилади в процесі виробництва на різних етапах, залежно від типу напівпровідникового приладу, що виготовляється.

Напівпровідникові пристрої розділяються, піддаються упаковці та тестуються для забезпечення функціональності та надійності. З'єднувачі прикріплюють окремі мікросхеми до пакувальних підкладок, дротяні з'єднувачі здійснюють підключення мікросхем до виводів упаковки, обладнання для інкапсуляції ущільнює мікросхеми в захисних матеріалах, а тестові системи проводять електричні випробування для перевірки працездатності пристрою. Електричні сортувальні машини (EDS) використовуються для перевірки електричних характеристик кожної мікросхеми і сортування їх на основі їх продуктивності, як бази.

Програма адаптації для нових працівників у галузі виробництва напівпровідників повинна мати кришку основних тем, щоб забезпечити всебічне розуміння фундаментальних основ і виробничих процесів напівпровідників.

  Вступ до фізики напівпровідників, включаючи такі поняття, як зонна теорія, легування та рухливість носіїв, а також огляд ланцюжка створення вартості в напівпровідниковій промисловості створили підґрунтя. Далі Огляд напівпровідникових матеріалів, структур приладів та їхніх характеристик допомагає новим працівникам зрозуміти основи.

 Далі, вивчення процесів виробництва напівпровідників, включаючи фотолітографію, травлення, осадження та упаковка, дає уявлення про тонкощі виробництва. Вступ до експлуатації та ремонту виробничого обладнання, а також метрологічних інструментів, щоб ознайомитися з основними інструментами професії.

Протокол чистоти протокол та  стандарти безпеки  мають вирішальне значення для забезпечення контролю забруднення та безпеки на робочому місці. Принципи контролю якості та методи аналізу даних складають круглий показник програми, підкреслюючи важливість якості продукції та оптимізації процесів.

Зосередившись на цих основних темах, нові працівники отримують ґрунтовне розуміння напівпровідникового виробництва і готові досягти успіху в галузі.

Напівпровідникове виробництво характеризується цифровізацією, оскільки формуляр для технологій Індустрії 4.0, таких як  Промисловий Інтернет речей (IIoT), кіберфізичні системи, адитивне виробництво, доповнена реальність (AR), віртуальна реальність (VR), штучний інтелект (AI), аналітика великих даних та інші передові інновації. У цьому контексті діджиталізація технологій автоматизації виробництва оптимізує виробничі процеси та підвищує операційну ефективність

Мехатроніка, мультидисциплінарна галузь, що поєднує механічну, електричну та комп'ютерну інженерію, має важливе значення для розуміння та обслуговування складних машин і роботизованих систем, що використовуються у виробництві напівпровідників.   Крім того, оскільки виробничі потужності переходять на взаємопов'язані провідні лінії, операторам потрібні знання мережевих технологій, щоб забезпечити безперебійний зв'язок і координацію між обладнанням і системами. MES платформи відіграють ключову роль в оптимізації виробничих процесів, плануванні та розподілі ресурсів, що вимагає від операторів навичок їх експлуатації та використання.

Крім того, зважаючи на дедалі більшу увагу до  енергоефективності, працівники повинні знати принципи енергоменеджменту, особливо в таких сферах, як електричні системи та використання стисненого повітря, щоб мінімізувати споживання енергії та зменшити вплив виробництва напівпровідників на навколишнє середовище.

Роботи, як промислові, так і мобільні, стали невід'ємними компонентами сучасного фабричного середовища.

Промислові роботи  ручка кремнієвих пластин протягом усього виробничого процесу. Вони використовуються в операціях збирання та упаковки напівпровідників для Pick and Place компонентів з високою точністю. Промислові роботи допомагають у процесах травлення та осадження, точно позиціонуючи підкладки та маски в технологічних камерах. Їх можна знайти в метрології та інспекції, і навіть в ремонті чистих приміщень. Залежно від завдання, використовуються різні роботи: шарнірні, декартові, колабораційні (коботи) та інші.

Автономні або напівавтономні  мобільні роботи  також використовуються для обробки матеріалів (транспортування матеріалів, компонентів або готової продукції між різними ділянками виробничого об'єкта), управління запасами (відстеження і визначення місцезнаходження напівпровідникових пластин, компонентів або інструментів) і для інспекції.

ПЛК широко використовуються в системах виробництва напівпровідників для управління та координації різних процесів. Володіння навичками роботи з ПЛК є важливим для людей, які працюють у сфері промислової автоматизації, виробництва та управління процесами, що дозволяє їм ефективно виконувати програмування, експлуатувати та обслуговувати ПЛК для оптимізації виробничих процесів та забезпечення безперебійної роботи промислового обладнання.

Розуміння  апаратних компонентів ПЛК необхідне для вибору, встановлення, налаштування та усунення несправностей систем ПЛК. Знання програмування ПЛК мов є життєво важливим для розробки, тестування та налагодження програм ПЛК за допомогою професійного програмного забезпечення. Крім того, інтеграція функцій безпеки в програми ПЛК, таких як ланцюги аварійної стопори, блокування і реле з рейтингом безпеки, має вирішальне значення.

Оскільки ПЛК часто інтегровані в  промислові мережі, технічні фахівці також повинні знати, як ПЛК мають інтерфейс з різним виробничим обладнанням і системами на напівпровідникових заводах. Це включає розуміння давальницьких технологій, типів приводів, протоколів зв'язку та механізмів обміну даними, що використовуються для інтеграції ПЛК з таким обладнанням, як Роботи, вакуумні камери, системи доставки хімічних речовин та метрологічні інструменти. Конфігурація комунікаційних інтерфейсів ПЛК, налаштування мережевих підключень і усунення несправностей зв'язку вимагають глибокого розуміння промислових протоколів зв'язку.

Крім того, працівники повинні вміти збирати, обробляти та  аналізувати дані , що генеруються ПЛК, для монітора продуктивності процесу, виявлення відхилень та оптимізації виробничих процесів.

Електричні системи відіграють життєво важливу роль у живленні, керуванні та моніторингу обладнання та процесів виробництва напівпровідників.

Усім технічним спеціалістам потрібно добре розуміти основи електротехніки та електроніки, такі як електричні принципи, включаючи напругу, струм, опір, потужність та електричні кола. Навчання з електробезпеки, включаючи процедури блокування/вимикання, правильне використання засобів індивідуального захисту (ЗІЗ) та запобіжні заходи при роботі з високовольтним обладнанням, має першорядне значення.

Електричні двигуни широко використовуються в машинах і системах у виробництві напівпровідників, оскільки вони ефективні, точні та надійні. Їх здатність забезпечувати стабільну продуктивність у поєднанні з низькими вимогами до ремонту робить електродвигуни кращим вибором для живлення критично важливих пристроїв, таких як роботизовані маніпулятори, конвеєри, вакуумні насоси та системи переміщення пластин на заводах з виробництва напівпровідників.

Контролери двигунів забезпечують ефективність, точність, надійність і безпеку виробничих процесів. Їх швидкість, крутний момент, напрямок і положення можна регулювати за допомогою базових технологій, таких як Реле, крокові та регулятор приводу, частотно-регульовані приводи, ПЛК. і т.д.

Навички з електроніки є незамінними для працівників напівпровідникового виробництва, оскільки вони дозволяють їм зрозуміти основні принципи напівпровідникової технології, оптимізувати виробничі процеси, керувати складним обладнанням, усувати несправності та виконувати ремонт навіть дощок. Знання теорії кіл, силової електроніки, аналогової електроніки та цифрової електроніки особливо актуальні у напівпровідниковому виробництві, де у виробничому обладнанні використовуються складні електронні компоненти та системи.

Пневматичні та електропневматичні компоненти широко використовуються в обладнанні для виробництва напівпровідників для різних цілей, включаючи приведення в дію, керування та маніпулювання. Вакуумна технологія забезпечує вирівнювання та стабільність пластин під час процесів фотолітографії та травлення. Пневматичні насоси та клапани забезпечують точну та стабільну подачу газів і хімікатів.

З огляду на необхідність високої точності, комплексної автоматизації та оптимізації на основі даних у виробництві напівпровідників, цифрова пневматика - пневматичні компоненти, оснащені цифровою технологією керування - пропонує розширену функціональність, точне керування та комунікаційні можливості.

Ці технології дозволяють створювати економічно ефективні, високопродуктивні рішення зі швидким часом відгуку, простим встановленням і ремонтом, чистотою та адаптивністю. Крім того, пневматичні системи є іскробезпечними та іскробезпечними, що робить їх придатними для використання в небезпечних середовищах, які часто зустрічаються на підприємствах з виробництва напівпровідників.

Давачі відіграють важливу роль у моніторі, контролі та оптимізації різних процесів, обладнання та середовищ для забезпечення виробництва високоякісних напівпровідників. Давачі моніторять температуру, тиск, витрату, рівень, оптичні властивості, вібрацію, положення, серед іншого, забезпечуючи зворотний зв'язок в режимі реального часу про умови процесу. Це дозволяє операторам підтримувати оптимальні параметри та оперативно виявляти будь-які відхилення, що можуть вплинути на якість продукції.

В останні роки розумні датчики та їх безперешкодна інтеграція в промислові системи керування підняли автоматизацію на новий рівень, пропонуючи підвищену ефективність, точність і надійність.

Хоча напівпровідникові фабрики є високоавтоматизованим і високотехнологічним середовищем, для роботи з машинами та системами потрібні базові навички:

Насоси та системи труб є невід'ємними компонентами виробництва напівпровідників Вони полегшують різні процеси та операції, такі як подача хімікатів і газу, охолодження, створення вакууму та утилізація відходів.

Механічні привідні системи покладаються на компоненти (наприклад, пояси, ланцюги, зубчасті колеса), які передають потужність і рух від двигунів до рухомих частин у машинах для обробки напівпровідників.

Промисловий дріт відіграє вирішальну роль у забезпеченні електроживлення та підключення різних машин і систем, щоб вони могли працювати надійно та ефективно.

Основи розмірної метрології та правильне використання звичайних ручних інструментів необхідні для ефективного ремонту виробничого обладнання та машин.

У виробництві напівпровідників системи опалення, вентиляції, кондиціонування повітря (HVAC) та охолодження мають важливе значення для підтримання точних умов навколишнього середовища, необхідних для високоякісного виробництва. Ці системи контролюють температуру, вологість і якість повітря, що є важливими для виробничого процесу.

Технічний персонал повинен володіти інструментами моніторингу для відстеження цих екологічних показників. Їхні технічні здібності повинні поширюватися на розуміння систем керування ОВіК і того, як ці системи інтегруються з іншими системами та процесами на об'єкті. Вони також повинні розуміти основні концепції холодильної техніки, такі як основи термодинаміки та холодильний цикл.

Виробництво напівпровідників вимагає різноманітних технологічних приладів і контрольно-вимірювальних приладів для забезпечення точного контролю, моніторингу та оптимізації технологічних змінних, таких як потік, рівень, тиск, температура, рН і провідність. Поширеними прикладами є витратоміри, датчики рН та контролери тиску. Передавачі, клапани та інші польові пристрої також є важливими компонентами в цих технологічних контурах.

Системи диспетчерського управління та збору даних (SCADA) і розподілені системи керування (DCS) є прикладами автоматизованих систем керування, які регулюють технологічні параметри на основі бази зворотного зв'язку від давачів для підтримки бажаних умов і досягнення стабільної якості напівпровідників. Ці системи регулюють витрати газу, дозування хімікатів і налаштування обладнання з високою точністю і повторюваністю. Системи SCADA зазвичай контролюють і візуалізують технологічні дані в режимі реального часу, в той час як системи DCS пропонують централізований контроль і координацію технологічного обладнання та операцій.

Виробництво напівпровідників значною мірою залежить від надчистої води з мінімальним вмістом домішок. Системи ультрачистої води (UPW) використовують передові методи очищення, такі як зворотний осмос, деіонізація та фільтрація, щоб відповідати суворим стандартам якості. Ця очищена вода є невід'ємною частиною різних виробничих процесів, включаючи очищення пластин, хімічне змішування та промивання. Підтримання якості та кількості технологічної води має першорядне значення для послідовних і надійних виробничих процесів.

Крім того, вода також є важливою охолоджувальною рідиною, яка захищає обладнання від перегріву та забезпечує оптимальну продуктивність. Враховуючи, що виробництво напівпровідників утворює стічні води, які містять різноманітні хімічні речовини та забруднювачі, ефективні процеси очищення мають важливе значення перед тим, як вода буде скинута, перероблена або використана повторно. Це мінімізує споживання води та вплив на навколишнє середовище, а також забезпечує сталість виробничих практик.

Операційна досконалість та якість продукції є критично важливими складовими виробництва напівпровідників, що вимагає глибокого розуміння різних принципів для забезпечення ефективності, надійності та досконалості продукції.

Завдяки розумінню концепцій чистого виробництва, включаючи скорочення відходів, безперервне вдосконалення та картування потоку створення цінності, працівники можуть оптимізувати процеси та викорінити неефективність на всіх етапах виробництва напівпровідників.

Володіння методами статистичного управління процесом (SPC) допомагає операторам монітор та управляти виробничими процесами, підтримуючи узгодженість і швидко виявляючи відхилення, які можуть поставити під загрозу якість продукції.

Знання принципів загального продуктивного ремонту (TPM) є необхідним для гарантування надійності обладнання, мінімізації простоїв і максимізації загальної ефективності обладнання (OEE) на підприємствах з виробництва напівпровідників.

Крім того, знання додаткових тем, таких як Poka Ярмо, 5S організація підставки до робочого місця, аналіз потоку цінності та картування, а також методи Шість сигм, ще більше збагачують набір навичок працівників та покращують виробничі операції.

Забезпечення обладнанням, що відтворює середовище, в якому працюють напівпровідникові фабрики, гарантує, що студенти зможуть ознайомитися зі стандартними галузевими машинами та технологіями.

Пропонуючи практичні вправи, експерименти та проекти, що є пристроєм імітування реальних виробничих сценаріїв, студенти отримують цінний практичний досвід.

Використання мультимедійних семінарів, інструментів імітування, віртуальних лабораторій та додатків доповненої реальності покращує навчальний процес, задовольняє різні стилі навчання та полегшує розуміння складних концепцій.

Адаптер навчання до студентів з різним досвідом та різними кар'єрними прагненнями гарантує, що кожна людина отримає індивідуальну освіту, яка відповідає її потребам та цілям.

Відстеження прогресу студентів, визначення сфер для вдосконалення та надання рекомендацій і накладки протягом усієї програми навчання гарантує, що студенти постійно розвивають свої навички.

Наголос на розвитку м'яких навичок, таких як комунікація, робота в команді та адаптивність, має важливе значення для успіху в умовах співпраці та швидких темпів розвитку напівпровідникового виробництва.