Во всех наших разборах мы постоянно говорим о нанометрах, различных транзисторах, которые в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса, и прочих невероятно маленьких деталях. Так мы уже рассказали вам о литографии, об осаждении и травлении, о том как создается вакуум, но одна очень важная тема осталась нами не замечена, а ведь она настолько же важная, как и все эти мозговзрывающие процессы! И связана она напрямую с одной очень интересной особенностью человека. Видите ли, человек существо грязное. Точнее даже не так - для наномира мы с вами вообще катастрофа! По меркам наномира человек просто ходячий мешок вонючего и рассыпающегося мусора, один выдох которого способен уничтожить месяцы работы!
Не верите? Ну тогда устраивайтесь поудобнее и сейчас мы с вами посмотрим на то какие условия необходимо создать, чтобы в процессе производства обезопасить процессор вашего телефона от человека! И как создать условия в сотни раз чище, чем в операционных и зачем играть с давлением между комнатами!
Проблема
Давайте начнем в этот раз с проблемы. Мы не зря начали с того, что человек - это грязное существо.
Есть разные данные, но в среднем семья из трех человек производит производит около одного килограмма пыли в месяц! Чтобы вы понимали, человек и его жизнедеятельность является основной причиной того, почему вам иногда страшно заглядывать под кровать, потому что “О БОЖЕ, КАК МНОГО ПЫЛИ” и придется сразу же бежать за шваброй. При этом домашняя пыль состоит аж на 20 процентов из частичек человеческой кожи! Остальное, это частички одежды, грязь с улицы, пыльца, ну и так далее.
А еще мы дышим, у нас выпадают волосы, текут разные жидкости, в общем, одно сплошное "фу".
И самое неприятное, что мы не можем остановить этот процесс. Причем никак! Мы не можем просто взять и на пару часов перестать дышать, от такого в человеческом организме случается легкий приступ... смерти. Ну или даже перестать сбрасывать мертвую кожу мы с вами не в состоянии.
А проблема в том, что все эти частички пыли, которые появляются из-за нас летают в воздухе, оседают на все поверхности и вообще все пачкают. А сами эти частички могут быть очень маленького размера. Иногда всего пару сотен нанометров! Увидеть мы их не можем, да и тряпкой вытереть не получится, а вот паре сотен транзисторов можно будет сказать до свидания, если такая частичка пыли сядет в процессе сборки процессора!
Как же тогда ограничить влияние человека? Как заставить его оказывать минимальное влияние на окружающий микромир и сделать производства чистыми? И тут мы можем вспомнить, что мы все с вами делаем уже два года! А именно носим маски.
Маски нужны, чтобы снизить ваше влияние на окружающих и защитить окружающих от вас! И если большинство их носит, то и защита получается коллективной. Кстати, я надеюсь что наши зрители сознательные и носят маски несмотря ни на что!
Так вот и при создании процессоров надо сделать точно также... Только в гораздо большем масштабе.
Все современные процессоры, да и даже установки для литографии, собираются в так называемых чистых комнатах. Их единственной задачей служит фактически ограничить влияние человека на любой окружающий процесс, но при этом оставить этому человеку возможность продолжать работать! И это касается не только сборки процессоров, но и например фабрики по производству лекарств или вообще операционных комнат, в определенной степени.
Чистые комнаты
Само название "чистые комнаты" - это очень общее название. Под собой оно подразумевает огромный комплекс мер и технологических решений, призванных ограничить влияние человека.
Кстати комнаты подразделяются на классы! И для современного микроэлектронного производства нужны иногда классы ИСО 1. Такие как раз используются для производства чипов по 5 и 7 нм техпроцессу. Только вдумайтесь, что на 1 кубический метр там должно быть не более 10 частиц с размерами в 100 нанометров! А больших частиц не должно быть вовсе!
Костюм для чистой комнаты
Так вот для начала, как и в публичных местах сейчас, надо надеть маску, ведь дыхание один из главных загрязнителей. Далее человек надевает бахилы и проходит по специальным липким лентам, на которых остается множество грязи, которую он принес с улицы, потом надевает еще одни бахилы, и переходит в следующую комнату, где переодевает обувь, на специальную, и моет руки несколько раз.
Дальше проходит через еще один воздушный шлюз и начинает надевать специальный костюм для чистых комнат. Тот самый костюм, который мы видим на всех людях на всех видео с производства процессоров! Эти костюмы созданы из специальных материалов, которые не пылят, и часто проходят специальную обработку. Они закрывают почти все тело, кроме лица и рук. На руки надеваются перчатки в два-три слоя. Лицо в маске, а для высокоуровневых чистых комнат необходимо надевать еще и специальные очки!
Дальше, при входе в сами помещения, необходимо пройти через несколько специальных шлюзов, где человек обдувается со всех сторон, чтобы стряхнуть с него как можно больше ненужных частиц.
Обычно в чистые комнаты запрещено проносить, например, бумагу или любую ткань - все потому что они создают пыль. Для чистых комнат создаются специальная бумага, салфетки и ручки! Там даже карандаши запрещены, ведь графит распыляется немного, когда вы пишите.
Вентиляция
Ну хорошо, от человека мы защитили все, как могли, но ведь это все равно не максимальная защита. Как защититься еще от окружающей среды? А я напоминаю, что человеку, который и так в маске, да и еще в костюме, который не пропускает воздух, еще и дышать чем-то надо.
Надо понять как организовать вентиляцию. Обратите внимание на чем стоит человек в полном обмундировании.
Это специальный перфорированный пол. Вентиляция в чистых комнатах сделана особым образом - таким, что создается равномерный и зачастую ламинарный поток воздуха, от потолка к полу.
Это сделано для того, чтобы поток воздуха проходя через помещение забирал с собой любые частицы, которые падают с человека. Далее воздух попадает в систему фильтрации, и дальше возвращается обратно в комнату сверху.
В дорогих чистых комнатах это происходит прямо через такой перфорированный пол. В чистых комнатах первого класса должно происходить от 500 до 750 полных замен всего объема воздуха каждый час или одна замена каждые 5 секунд! Но иногда забор воздуха происходит через специальные отверстия в стене. Это сделано в чистых комнатах с более крепким полом, но при этом турбулентным потоком воздуха в них. Все зависит от потребностей!
Ну а сами комнаты физически полностью изолированы от внешней среды: все стыки проклеены, понятное дело, что даже вода, поступающая в чистые комнаты, проходит специальную фильтрацию!
Кстати, очень крутую штуку мы откопали пока готовили вам этот материал. Помните огромные установки ASML для экстремальной УФ литографии? Так вот они целиком собираются в чистых комнатах! Но проблема в том, что установка весит 150 тонн, и если ее целиком перевозить то она бы просто ломала пол чистых комнат. Как же они ее перевозят тогда?
Для перевозки установки разбираются на три части и дальше кладутся на специальные машины на воздушной подушке, прямо как катера на воздушной подушке, и на них уже части установки перевозятся внутри, по самим чистым комнатам не повреждая пол! Офигеть просто!
Ну и соответственно точный контроль за вентиляцией дает очень интересные возможности. Во-первых, так как чистые комнаты изолированы, можно точно контролировать давление в каждом помещении. А это позволяет точно управлять потоками воздуха даже из комнаты в комнату!
Например, можно сделать так, чтобы в помещениях которые вы хотите, чтобы были более чистыми повысить давление, тогда неважно будет человек входить или выходить, любой мусор будет всегда лететь наружу в комнату с меньшим давлением.
Во-вторых, надо точно поддерживать температуру и влажность, а это критично важно для всех процессов происходящих в чистых комнатах!
Ну и это я вообще молчу, что есть специальные правила поведения в чистых комнатах - например нельзя быстро бегать и вообще совершать резкие движения, ведь бег увеличивает чуть ли не в 50 раз количество выделяемых частиц!
Ну а сами чистые комнаты должны быть выполнены из специальных материалов, которые опять же не сыпятся, не трескаются и не пылят. А комнаты фильтрации и обслуживания для них зачастую больше самих чистых комнат!
Только вдумайтесь. Такие мелочи, как, например, петли для дверей должны быть сделаны без смазки и из специальных материалов, чтобы не производить лишних частиц. И таких мелочей там очень много!
Ну а вообще чистые комнаты - это такой же незаменимый инструмент, который не только является неотъемлемой частью любого производства микрочипов и микроэлектроники, но и активно используется, например, в фармакологии, и областях связанных с биологическими и химическими промышленностями!
