În domeniile de fabricație a semiconductorilor, electronicii și fotonicii, eșecurile nu se datorează aproape niciodată doar numărului de particule. O etapă de acoperire a plăcilor, o etapă de metrologie și o etapă de lipire prin fir pot avea aceeași clasificare a încăperii și totuși să prezinte riscuri complet diferite legate de contaminare, electricitate statică și temperatură. Întrebarea practică pentru o echipă de proiect nu este ce clasă ISO să se specifice, ci care etapă a procesului determină ce măsură de control și unde trebuie integrată acea măsură de control în încăpere, în loc să se presupună că aceasta decurge din numărul clasei.

Riscuri de proces pe care clasificarea particulelor nu le acoperă

Clasificarea particulelor răspunde la o întrebare: câte particule de o anumită dimensiune se găsesc în locurile de prelevare desemnate din încăpere. Aceasta este o măsurătoare reală și necesară, dar descrie doar starea particulelor din aer, nu întregul set de căi de contaminare care afectează procesele de fabricație, acoperire, asamblare sau testare.

Contaminarea moleculară din aer reprezintă un mecanism distinct. Anumite substanțe chimice utilizate în procese eliberează vapori sau gaze reziduale care nu sunt înregistrate în numărarea particulelor, dar care se pot depune pe o suprafață, pot altera compoziția chimică a unui strat de acoperire sau pot interfera cu o etapă ulterioară a procesului. În cazul în care un proces este sensibil la această cale de contaminare, proiectul necesită un evaluarea curățeniei chimice ca o decizie distinctă de clasa de particule; în cazul în care procesul nu prezintă o astfel de sensibilitate, este posibil ca această evaluare să nu fie deloc o cerință a proiectului. ISO 14644-8:2022 se referă la evaluarea și clasificarea gradului de curățenie chimică a aerului, dar numai în cazul în care substanțele chimice din aer reprezintă un risc pentru proces — aceasta nu înlocuiește clasificarea particulelor, iar clasificarea particulelor nu o înlocuiește pe aceasta.

Depunerea pe suprafață reprezintă o a treia cale. O încăpere poate respecta clasa de particule la înălțimea de prelevare utilizată pentru clasificare, în timp ce o suprafață orizontală situată sub un instrument acumulează depuneri prin sedimentare gravitațională, degazare sau contact în urma manipulării. Importanța acestui aspect depinde în totalitate de sensibilitatea suprafeței respective — o placă de siliciu neacoperită, care așteaptă următoarea etapă a procesului, prezintă un nivel de expunere diferit față de o componentă ambalată și sigilată.

Descărcarea electrostatică reprezintă un al patrulea mecanism, complet diferit: este un risc de transfer de sarcină legat de materiale, de manipulare și de împământare, nu de concentrația de particule din aer. O încăpere poate respecta standardele privind particulele și totuși să prezinte un Riscul de descărcare electrostatică (ESD) către un dispozitiv sensibil la sarcină electrică, în cazul în care pardoseala, îmbrăcămintea, stațiile de lucru sau sistemele de ionizare nu sunt adaptate la sensibilitatea respectivului dispozitiv.

Contaminarea generată de unelte reprezintă a cincea categorie și provine din echipamentul de proces în sine — particule sau vapori generați la punctul de utilizare, și nu transportați în aerul de alimentare. Acest risc depinde de unealta specifică și de etapa de proces, nu de clasificarea camerei, și necesită o decizie privind interfața dintre unealtă și camera curată înconjurătoare, mai degrabă decât o decizie de clasificare la nivelul camerei. Standardul ISO 14644-1:2015 stabilește baza de numărare a particulelor, în locații de eșantionare desemnate, și nimic dincolo de acest domeniu de aplicare; tratarea acestuia ca acoperind, de asemenea, contaminarea viabilă, chimică, radiologică sau curățenia suprafețelor lasă aceste căi de contaminare neabordate în caietul de sarcini al proiectului.

Corelarea proceselor de fabricație, acoperire, asamblare și testare cu cerințele de control

Fiecare etapă dintr-o linie de producție de înaltă tehnologie prezintă propria combinație dintre cele cinci categorii de risc menționate mai sus, iar această combinație se modifică pe măsură ce materialul avansează de-a lungul liniei. O etapă de fabricație care implică substanțe chimice reactive poate prezenta un risc semnificativ de contaminare moleculară din aer și generată de unelte, în timp ce riscul legat de particule și de descărcări electrostatice (ESD) în aceeași etapă este relativ limitat de incinta propriu-zisă a echipamentului de proces. O etapă de acoperire poate inversa acest echilibru: controlul particulelor la punctul de depunere poate deveni cerința principală, în timp ce contaminarea moleculară este controlată de compoziția chimică a acoperirii în sine, mai degrabă decât de mediul încăperii. O etapă de asamblare în care se manipulează dispozitive neambalate și sensibile la descărcări electrostatice poate impune o cerință ESD determinantă chiar și în cazul în care riscurile legate de particule și de contaminarea moleculară sunt secundare. O etapă de testare, în funcție de ceea ce se măsoară și de modul în care este manipulat dispozitivul, poate reveni la un profil de risc dominat de particule sau de manipulare.

Nicio măsură de control nu se aplică în toate cele patru etape, deoarece riscul care stă la baza cerinței nu este același de la o etapă la alta. Atribuirea unei măsuri uniforme de control pentru camerele curate la fiecare etapă — folosind o singură intenție de proiectare pentru riscurile legate de particule, molecule, descărcări electrostatice (ESD) și manipulare, indiferent de etapa discutată — duce la o alocare greșită a efortului de control: etapele cu un risc dominant non-particulat primesc o soluție axată pe particule, iar etapele cu un risc dominant legat de particule s-ar putea să nu beneficieze de controlul local de care au nevoie.

Metoda de lucru constă în analizarea fiecărei etape în parte și în a stabili care dintre cele cinci categorii de risc este predominantă în acel moment specific al procesului, pe baza materialelor, substanțelor chimice și a modului de manipulare implicate în etapa respectivă, mai degrabă decât să se pornească de la o clasificare țintă și să se completeze ulterior celelalte categorii de risc. În cazul în care riscul predominant al unei etape nu reiese clar doar din descrierea procesului, aceasta este o informație pe care echipa de proiect trebuie să o clarifice înainte de a putea atribui o măsură de control — nu o lacună care trebuie remediată prin recurgerea la clasificarea generală a încăperii.

Delimitarea unor zone curate locale în jurul etapelor cele mai sensibile

Odată identificat riscul determinant al unei etape de proces, următoarea decizie este unde trebuie să se afle acea măsură de control: în sala generală sau într-o zonă locală amenajată în jurul etapei respective. O zonă curată locală devine alegerea potrivită atunci când o etapă specifică de proces necesită un control semnificativ mai strict — asupra particulelor, contaminării moleculare, descărcărilor electrostatică (ESD) sau o combinație a acestora — decât cel pentru care este proiectată sala înconjurătoare, iar extinderea acelui control mai strict la întreaga sală nu reprezintă abordarea de proiectare dorită.

Echipamentele utilizate pentru a crea acea condiție locală, cum ar fi un unitate de filtrare ventilator sau un Etapa de filtrare HEPA/ULPA integrat la punctul de utilizare, creează o zonă cu un nivel ridicat de control în cadrul unei încăperi care, în mod normal, funcționează la un nivel de referință diferit. Aceasta reprezintă o decizie de proiectare privind aerul din încăpere și zona locală, nu o precizare cu privire la numărul de clasificare care se aplică întregii instalații, iar echipamentul care îndeplinește acest rol este distinct de componentele echipamentelor de proces, chiar și atunci când este instalat în apropierea unui astfel de echipament sau este conectat la acesta.

Definirea zonei reprezintă doar prima jumătate a deciziei. A doua jumătate constă în stabilirea modului în care se va accesa și testa acea zonă odată ce va fi creată. O zonă locală la care nu se poate ajunge pentru întreținere fără a perturba propriul sistem de control sau care nu are un punct de verificare definit pentru a confirma menținerea stării de alertă nu funcționează ca un sistem de control local durabil — funcționează doar ca o ipoteză. Problema accesului și cea a testării trebuie rezolvate împreună cu problema delimitării zonei, nu lăsate pentru faza de instalare, deoarece dispunerea fizică a zonei determină ce tipuri de acces și testare sunt posibile ulterior.

În cazul în care un proiect cuprinde mai multe etape sensibile succesive, fiecare cu un risc specific, decizia privind delimitarea zonelor trebuie luată pas cu pas, și nu sub forma unei singure zone delimitate în jurul întregii secvențe — o zonă dimensionată în funcție de cea mai exigentă etapă din secvență ar putea impune un control excesiv asupra celorlalte, în timp ce o zonă dimensionată din motive de comoditate ar putea impune un control insuficient asupra etapei care are de fapt nevoie de acesta.

Coordonarea sistemului de evacuare a deșeurilor, a utilităților, a încălzirii și a accesului pentru întreținere

Un caiet de sarcini pentru o cameră curată care se limitează la clasificarea și împărțirea în zone lasă nerezolvate mai multe aspecte legate de coordonare, iar fiecare dintre acestea are un impact real asupra funcționării camerei finalizate conform scopului prevăzut.

Sistemul de evacuare a gazelor reziduale generate de procese și de unelte reprezintă cel mai clar exemplu. Sistemul de evacuare elimină din spațiu contaminarea generată de echipamente și produsele secundare ale procesului, dar sistemul de evacuare în sine este un element al proiectului cu un domeniu de aplicare propriu, iar acest domeniu trebuie să fie integrat cu pachetul camerei curate, în loc să se presupună că face parte din acesta. În cazul în care domeniul de aplicare al sistemului de evacuare rămâne ambiguu, echilibrul aerului din cameră, presurizarea acesteia în raport cu spațiile adiacente și performanța reală de contaminare la nivelul echipamentului pot diverge de ceea ce s-a presupus în deciziile de clasificare și zonare.

Utilitățile de proces sunt supuse aceleiași cerințe de coordonare. Utilitățile care deservesc echipamentele de proces constituie un domeniu de aplicare distinct de cel al echipamentelor din camera curată, iar interfața dintre cele două trebuie stabilită în mod explicit, fără a se lăsa rezolvarea acesteia pentru etapa de instalare.

Sarcina termică reprezintă un factor de coordonare distinct, despre care clasificarea particulelor nu oferă nicio informație. Echipamentele de proces generează căldură, iar sistemul de tratare a aerului din încăpere trebuie dimensionat și controlat astfel încât să gestioneze această sarcină la fiecare etapă afectată; o încăpere clasificată corect din punct de vedere al purității particulelor poate totuși să nu reușească să mențină condițiile dorite dacă sarcina termică la o anumită etapă nu a fost luată în considerare în proiectare. Decizia privind sarcina termică ține de cartografierea riscurilor la nivelul etapelor de proces, nu de clasificarea particulelor.

Accesul pentru întreținere reprezintă punctul de coordonare care face legătura cu decizia de zonare. O zonă curată locală sau o interfață pentru unelte construită fără o cale de acces definită pentru întreținere generează un conflict ulterior: activitatea de întreținere însăși devine un eveniment de contaminare sau perturbare pentru zona pe care ar trebui să o deservească. Decizia privind accesul, luată în etapa de zonare, trebuie să țină seama de modul în care filtrele, componentele uneltelor sau racordurile la utilități din zona respectivă vor fi efectiv accesate și readuse ulterior la starea lor controlată.

Distingerea între domeniul de aplicare al echipamentelor furnizorului și responsabilitatea privind procesele și sistemele

Pachetul de echipamente furnizat de un furnizor de camere sterile și sistemele de proces care îl însoțesc reprezintă responsabilități distincte în cadrul proiectului, iar confuzia privind granița dintre acestea generează lacune care ies la iveală abia după instalare.

Pachetul pentru camera curată și echipamente cuprinde elemente precum structura camerei, unitățile FFU și echipamentele de filtrare, sistemele de control și amenajarea interioară. Acestea sunt componentele care asigură tratarea aerului, învelișul camerei și capacitatea de control al gradului de curățenie. Sistemele de evacuare a gazelor de proces, utilitățile de proces și calificarea finală a instalației nu fac parte din acest pachet, din punct de vedere al responsabilității proiectului, chiar și în cazul în care acestea sunt conectate fizic la acesta. Un furnizor care livrează structura camerei, unitățile FFU și echipamentele de filtrare, sistemele de control și amenajarea interioară nu este, doar prin această livrare, responsabil pentru sistemele de evacuare sau de utilități care deservesc echipamentele de proces instalate în interiorul camerei, nici pentru activitatea de calificare care confirmă că sistemul instalat funcționează conform cerințelor.

Această separare este esențială mai ales la punctele de interfață identificate anterior: acolo unde fluxul de evacuare al echipamentului se întâlnește cu echilibrul aerului din încăpere, acolo unde rețelele de utilități pătrund în anvelopa camerei curate și acolo unde prevederile privind accesul și testarea unei zone curate locale se integrează cu proiectarea încăperii înconjurătoare. Fiecare interfață are nevoie de un responsabil explicit. Presupunând că un pachet de cameră curată specificat include automat totul, până la și inclusiv echipamentul de proces, exact aceste interfețe rămân fără responsabil.

Acesta este, de asemenea, momentul din cadrul dezvoltării proiectului în care informațiile pe care un cumpărător le adună — cartografierea riscurilor la nivel de etape ale procesului, deciziile privind zonarea și alocările de interfețe deja efectuate — devin baza pe care un furnizor precum YOUTH s-ar baza pentru a analiza o cerere de configurare sau de ofertă pentru un modul pentru camere sterile din industria semiconductorilor, un Dispunerea FFU, sau o etapă de filtrare HEPA/ULPA. O cerere care specifică doar o clasificare țintă, fără cartografierea riscurilor și atribuirea interfețelor aferente, oferă o bază mai restrânsă pentru acea evaluare decât una care le include.

Elemente de probă care trebuie clarificate înainte de emiterea memoriului privind camera curată de înaltă tehnologie

Înainte ca un dosar să fie transmis spre evaluare către furnizori, echipa de proiect are avantajul de a ști exact ce baze factuale susțin fiecare afirmație și care sunt limitele fiecărei baze.

ISO 14644-1:2015 sprijină clasificarea particulelor din aer la punctele de prelevare desemnate — o bază definită și verificabilă pentru aspectul legat de curățenia particulelor din încăpere și numai pentru acest aspect. Standardul nu stabilește curățenia în ceea ce privește microorganismele viabile, substanțele chimice, radiologia sau curățenia suprafețelor, iar orice document care citează acest standard ca dovadă pentru oricare dintre aceste alte condiții îl citează în afara domeniului său de aplicare.

Standardul ISO 14644-8:2022 sprijină evaluarea și clasificarea gradului de curățenie chimică a aerului și devine relevant numai în cazul în care cartografierea riscurilor la nivelul etapelor de proces a identificat deja că substanțele chimice din aer reprezintă un risc de proces pentru cel puțin o etapă. În cazul în care nicio etapă din cartografiere nu prezintă acest risc, prezentul standard nu are nicio relevanță pentru caietul de sarcini. În cazul în care o etapă prezintă acest risc, prezentul standard nu înlocuiește clasificarea particulelor deja stabilită în conformitate cu ISO 14644-1 — ambele se aplică, abordând căi diferite.

ISO 14644-4:2022 sprijină întregul parcurs, de la cerințe până la proiectare, construcție, punere în funcțiune și verificare — traseul procedural pe care îl urmează un proiect pentru a ajunge de la o cerință formulată la o stare instalată și verificată. Acesta nu impune o tehnologie, un instrument de proces sau un domeniu de aplicare specific, astfel încât referirea la acesta nu stabilește ce familie de echipamente, ce abordare de zonare sau ce interfață de evacuare ar trebui să utilizeze un anumit proiect; acestea rămân decizii ale proiectului, bazate pe corelarea etapelor procesului și pe coordonarea interfețelor deja discutate.

În cazul în care caietul de sarcini al proiectului specifică o clasă de particule necesară, o cerință de curățenie chimică, o limită de zonare, o alocare a interfețelor de evacuare și utilități, precum și o prevedere privind accesul pentru întreținere — fiecare dintre acestea fiind legată de etapa de proces care o determină —, caietul de sarcini oferă furnizorului care analizează cererea o bază clară pentru un răspuns privind configurația. În cazul în care lipsește oricare dintre aceste elemente, lacuna este specifică: nu este vorba de o incertitudine generală cu privire la proiect, ci de o dovadă concretă pe care echipa de proiect trebuie încă să o remedieze înainte ca caietul de sarcini să poată fi considerat complet.

Întrebări frecvente

Q: Este suficientă o clasă specifică de particule pentru a defini un proiect de cameră curată de înaltă tehnologie?
A: Nu. Clasificarea particulelor stabilește concentrația particulelor din aer la punctele de prelevare desemnate, în timp ce contaminarea moleculară din aer, depunerile de pe suprafețe, descărcările electrostatice (ESD), sarcina termică și contaminarea generată de unelte necesită decizii specifice în cadrul proiectului. Identificați aceste riscuri pentru fiecare etapă de fabricație, acoperire, asamblare și testare înainte de a stabili măsurile de control.

Q: Când ar trebui ca o etapă a procesului să utilizeze o zonă curată locală, în loc să se bazeze pe mediul înconjurător?
A: Utilizați o zonă curată locală atunci când acea etapă necesită un control mai strict decât în încăperea înconjurătoare. Înainte de a alege această abordare, stabiliți riscul specific etapei respective, modul în care operatorii sau materialele vor avea acces în zonă și modul în care va fi testat controlul necesar.

Q: Ce informații trebuie pregătite înainte de a solicita o ofertă pentru echipamente destinate camerelor sterile?
A: Elaborați o diagramă a procesului care să identifice clasa de particule necesară și criteriile de verificare, eventualele cerințe privind curățenia chimică, cerințele specifice procesului referitoare la suprafețe și la protecția împotriva descărcărilor electrostatice (ESD), riscurile de contaminare generate de echipamente, sarcinile termice, interfețele cu sistemele de evacuare și de utilități, precum și accesul pentru întreținere. Acest lucru oferă furnizorilor o bază clară pentru a face distincția între cerințele privind controlul camerei și cele specifice sistemului de proces.

Q: Cum pot cumpărătorii să compare oferta furnizorilor fără a lăsa nealocate interfețele esențiale?
A: Comparați ofertele pe baza unei împărțiri explicite a domeniului de aplicare. Notați dacă sunt incluse structura camerei, echipamentele FFU și de filtrare, sistemele de control și amenajarea interioară, apoi alocați separat sistemele de evacuare a gazelor de proces și ale echipamentelor, utilitățile și calificarea finală a instalației, cu punctul final al fiecărei interfețe specificat în caietul de sarcini.

Q: Care normă de referință ISO 14644 ar trebui să stea la baza fiecărei părți a caietului de sarcini al proiectului?
A: Asociați referința cu decizia pe care o susține efectiv: ISO 14644-1 pentru clasificarea particulelor din aer, ISO 14644-8 atunci când substanțele chimice din aer generează un risc de proces și ISO 14644-4 pentru parcursul de la cerințe până la proiectare, construcție, punere în funcțiune și verificare. Niciuna dintre aceste referințe, luată separat, nu determină alegerea unui echipament de proces, nu stabilește domeniul de aplicare al livrării și nu elimină toate riscurile de contaminare.