Ngành sản xuất chất bán dẫn là một trong những lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao nhất và công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Quá trình sản xuất này yêu cầu kiểm soát chặt chẽ nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, độ sạch, và nguy cơ nhiễm bẩn.
Phòng sạch trong sản xuất bán dẫn là gì?
Phòng sạch là môi trường không thể thiếu trong sản xuất chất bán dẫn, nơi mà chỉ một lượng nhỏ ô nhiễm cũng có thể làm giảm chất lượng sản phẩm. Những không gian này được thiết kế đặc biệt để giảm thiểu hạt bụi trong không khí, vi khuẩn và các nguồn ô nhiễm tiềm ẩn khác.
Các tiêu chuẩn phòng sạch đặt ra yêu cầu khắt khe về mức độ sạch và vệ sinh, đòi hỏi mọi thiết bị và linh kiện sử dụng đều phải đáp ứng nghiêm ngặt các quy định kiểm soát ô nhiễm. Nhờ vậy, toàn bộ quy trình sản xuất được đảm bảo diễn ra trong môi trường tinh khiết tuyệt đối.
Các tiêu chuẩn cho van và thiết bị trong ngành bán dẫn
Tiêu chuẩn SEMI
Tiêu chuẩn SEMI là những hướng dẫn chung được áp dụng trên toàn cầu cho các quy trình thiết kế và sản xuất trong ngành công nghiệp bán dẫn. Các tiêu chuẩn này được xây dựng bởi tổ chức SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International), phối hợp cùng các tổ chức tiêu chuẩn khác như ASTM và DIN.
Nội dung của tiêu chuẩn SEMI tập trung vào các yêu cầu về vật liệu sử dụng, quy trình sản xuất, an toàn và giao tiếp kỹ thuật mà các nhà máy sản xuất chip (fab) cần tuân thủ.
Một số tiêu chuẩn SEMI nổi bật như:
- SEMI F20: Yêu cầu kỹ thuật cho các linh kiện làm từ thép không gỉ 316L dùng trong hệ thống phân phối khí siêu tinh khiết
- SEMI F32: Phương pháp thử nghiệm này mô tả cách xác định hai tiêu chí được sử dụng để lựa chọn van có kích thước phù hợp cho khí và chất lỏng.
- SEMI F37: Tiêu chuẩn thử nghiệm độ nhám bề mặt (Ra). Độ nhám bề mặt thường yêu cầu ≤ 35 microinches.
- SEMI PR 3.1: Đặc điểm kỹ thuật về gioăng/phớt kín mà một số loại van đáp ứng.
Tiêu chuẩn ASTM
ASTM Quốc tế (ASTM International) là tổ chức xây dựng và xuất bản các tiêu chuẩn kỹ thuật tự nguyện cho nhiều loại vật liệu, sản phẩm, hệ thống và dịch vụ. Tên gọi ban đầu là Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (American Society for Testing and Materials).
Trong lĩnh vực chất bán dẫn, ASTM đưa ra nhiều tiêu chuẩn về phương pháp thử nghiệm, thông số kỹ thuật, phân loại, hướng dẫn và thuật ngữ. Những tiêu chuẩn này giúp đảm bảo chất lượng và an toàn cho thiết bị trong nhiều ngành công nghiệp.
- ASTM A351-CF8M: Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đúc austenit dùng trong các bộ phận chịu áp lực
- ASTM A743 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đúc sắt-crom, sắt-crom-niken, chống ăn mòn, dùng cho ứng dụng chung.
- ASTM A744 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thiết bị đúc sắt-crom-niken, chống ăn mòn, dùng cho môi trường làm việc khắc nghiệt
- ASTM A182 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho các sản phẩm rèn hoặc cán từ hợp kim và thép không gỉ dùng làm ống thép.
Tiêu chuẩn Châu Âu (EN)
Tiêu chuẩn EN hay tiêu chuẩn châu Âu (European Standard), là các tài liệu được công nhận và duy trì bởi một trong ba tổ chức Tiêu chuẩn hóa Châu Âu (ESO): CEN, CENELEC hoặc ETSI. Các tiêu chuẩn này đảm bảo tính tương thích, an toàn và khả năng tương tác của sản phẩm trong Khu vực Kinh tế Châu Âu, hỗ trợ thị trường chung hoạt động hiệu quả. Trong lĩnh vực van công nghiệp, tiêu chuẩn EN giúp đồng bộ thiết kế, kiểm tra và lắp đặt. Một số tiêu chuẩn van EN phổ biến bao gồm:
- EN 593: Van công nghiệp – Van bướm kim loại cho mục đích chung
- EN 1349: Van điều khiển quy trình công nghiệp
- EN 1983: Van công nghiệp – Van bi thép
Tiêu chuẩn ISO cho phòng sạch bán dẫn
Phòng sạch bán dẫn là phòng sạch khắt khe nhất trên thế giới. Vì độ rộng đường quang khắc xuống dưới 0,1 micron nên các phòng sạch này thường được phân loại là phòng sạch loại 10 hoặc loại 100. Tiêu chuẩn ISO cho phòng sạch là một bộ hướng dẫn do Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) thiết lập.
Các tiêu chuẩn ISO áp dụng cho phòng sạch bán dẫn:
- ISO Class 4: Tiêu chuẩn phòng sạch được sử dụng để hàn, lắp ráp, thử nghiệm, kiểm tra và đóng gói các sản phẩm siêu tinh khiết.
- ISO Class 5: Tiêu chuẩn phòng sạch được sử dụng để rửa bằng nước DI siêu âm và sấy khô.
- ISO Class 6 đến ISO Class 9: Các cấp độ tiêu chuẩn phòng sạch được sử dụng để làm sạch chính xác (precision cleaning) các van.
TỔNG HỢP CÁC TIÊU CHUẨN QUAN TRỌNG VỀ VAN VÀ THIẾT BỊ TRONG NGÀNH F&B
Các tiêu chuẩn khác
Trong ngành sản xuất chất bán dẫn – nơi yêu cầu nghiêm ngặt về độ sạch tinh khiết, khả năng vận hành ổn định trong môi trường có áp suất, nhiệt độ cao và thường xuyên tiếp xúc với hóa chất – các thiết bị như van và thiết bị đo lường không chỉ tuân thủ tiêu chuẩn vật liệu mà còn cần đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế khác như:
- API – đảm bảo hiệu suất và độ an toàn cho thiết bị cơ khí.
- FDA – yêu cầu về tính an toàn khi tiếp xúc với các sản phẩm nhạy cảm, đặc biệt trong môi trường sạch.
- 3-A Sanitary Standards – tiêu chuẩn vệ sinh trong thiết kế thiết bị, phù hợp với ứng dụng yêu cầu độ sạch cao.
- ATEX – quy định về an toàn cho thiết bị sử dụng trong môi trường có nguy cơ cháy nổ.
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này không chỉ nâng cao độ tin cậy của thiết bị mà còn góp phần đảm bảo sự ổn định và an toàn cho toàn bộ dây chuyền sản xuất bán dẫn.
Các yêu cầu về thiết kế van
Van chủ yếu được thiết kế bằng vật liệu kim loại, chủ yếu là thép không gỉ 316L. Lớp hoàn thiện bề mặt bên trong van ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng 5 RA làm tiêu chuẩn. Nhiều loại van này được sản xuất trong phòng sạch ISO Class 3. Van được hàn vào đường ống hoặc gắn chặt tại chỗ để đảm bảo độ sạch tối ưu, đặc biệt ở những môi trường yêu cầu độ tinh khiết cao. Thép không gỉ chống ăn mòn nhờ lớp màng thụ động bảo vệ làm từ oxit crom. Quy trình này loại bỏ hoàn toàn hạt bụi, cặn bẩn và cặn oxit còn sót lại từ quá trình gia công, đánh bóng, hoặc hàn, đảm bảo bề mặt sạch và an toàn.
Van trong quá trình xử lý vô trùng và phòng sạch phải phù hợp và được đánh giá (có khả năng chịu áp suất, nhiệt độ hoặc chất ăn da) để làm sạch tại chỗ (CIP) hoặc khử trùng tại chỗ (SIP). Các van cũng được chế tạo để tự thoát nước và không có ren hoặc bất kỳ khe hở nào trên bất kỳ bề mặt nào bị ướt. Điều này được thực hiện để ngăn chặn tình trạng “giữ lại” khối lượng nước, ngưng tụ hoặc chất lỏng quy trình, loại bỏ bụi cặn gây hư hại.
Tiêu chuẩn quốc tế liên quan đến kiểm kê và báo cáo khí nhà kính
