Yarı İletken Üretiminde Temizoda Tesisleri

Metin Kenter

Temizodalar; sadece hastaneler, ilaç ve gıda üretimi gibi insan sağlığını ilgilendiren konularda değil; aynı zamanda günlük yaşantımızın ayrılmaz parçaları olan televizyon ekranları, gözlük çerçevesi imalatı, plastik sanayisi, otomobil kaportalarının boyanması, kırılmaz emniyet camlarının üretimi, mercek kaplaması ve bunların dışında bilgisayarlar, dijital fotoğraf makineleri, cep telefonları, televizyon, yüksek duyarlı sensörler ve benzeri alanlarda kullanılan yarı iletkenlerin araştırılması, geliştirilmesi ve endüstriyel olarak üretilmesinde, ürünü toz taneciklerinden korumak, ürünün kalitesini yükseltmek için de gereklidir. Hastaneler, ilaç ve gıda üretiminde toz taneciklerinden daha çok, öncelikle mikroorganizmaların tutunabildiği en az 0,3’µm büyüklüğündeki toz taneciklerinin ortamda olmamasına önem vermektedir. Ortamda toz tanecikleri olsa bile ‘Hijyenik Temizodalar’da ortam dezenfeksiyonu yapılarak mikroorganizmaların ürüne bulaşmaları önlenebilmektedir. Ancak yarı iletkenlerin üretildiği ortamlarda mikroorganizmaların çok büyük rol oynamamasının yanında, ‘Hijyenik Temizodalar’dakinden çok daha küçük, ürüne zarar verebilecek 0,1’µm büyüklüğündeki toz taneciklerinin de bulunmaması; bazı durumlarda moleküler kirlenmenin dahi olmaması gerekir. Bu sebepten dolayı, bu tip üretim alanlarının planlanması ve uygulanması ayrı bir uzmanlık alanıdır.

Yarı iletkenler sınıfına sokabileceğimiz Mikro Elektronik Mekanik Sistemler’de (MEMS), sensörler, detektörler, mikroyongalar, optik kaplama vb. işlemleri için sadece partikül sayısının karşılanması değil; aynı zamanda personel ve proses akışının tasarımı, çapraz kirlenmenin önlenmesi, sıcaklık, nem oranı, çok dar olan sıcaklık ve nem toleransları, odalar arası basınç farklılıkları, titreşim, ultra saf su ve gazlar, moleküler kirlilik, güvenli ve sürekli çalışma gibi etkenler de çok ciddi rol oynamaktadır. Bu tip üretimlerde belirli nem oranının aşılması oldukça pahalı proses cihazlarına zarar verebilir, dar olan nem toleransının sağlanmaması ürüne zarar verebilir, sıcaklık sabitinin sağlanamaması hassas cihazların içindeki parçaların veya beraber montajı yapılacak ürünlerin farklı genleşmelerinden ötürü uyumsuz olmalarına, hassas ayarlarının kaymasına, titreşim maskeleme işlemlerinin düzgün olmamasına sebep olabilir. Yarı iletkenlerin imalatı için gerekli olan tehlikeli gazlar, asitler, solventler ile ilgili gereken tedbirler alınmazsa, bunun tesis ve personel için çok ciddi sonuçları olabilir. Hava akışı gereken yerlerde ihtiyaca göre sağlanmazsa enerji masrafları çok yükselebilir.

Bu gereksinimler de dikkate alınarak bir yarı iletken araştırma ve/veya üretim tesisi tasarlanır ve uygulanırken birçok etkenin aynı anda göz önünde bulundurulması gereklidir. Bu maddeleri, genel olarak tüm temizodalarda olması gerekenler ve yarı iletken araştırma, üretme tesisinde olması gerekenler olmak üzere ikiye ayırarak şöyle sıralayabiliriz:

Genel olarak tüm temizoda tesislerinde olması gerekenler:

• Proses, hammadde, ürün, atık ve personel akışının tasarım aşamasında kirlenmeyi önleyecek şekilde düzenlenmesi,
• Temizodanın tasarımında toz birikiminin ve oluşmasının önlendiği malzemelerin kullanılması,
• Havanın çok küçük toz zerreciklerinden arındırılarak ortama basılması,
• Toz taneciklerinin dışarıdan ortama girişinin önlenmesi,
• Ürünlerden kaynaklanan toz taneciklerinin oluşturacağı çapraz kirlenmenin engellenmesi,
• Ortamdaki sıcaklık ve nemin kontrol edilmesi,
• Zerreciklerin ortama girmesinin önlenmesini sağlamak için odalar arası basıncın kontrol edilmesi,
• İçerisinde toz oluşturmayan cihazlar, aletler ve kıyafetler ile çalışılması,
• Çalışma sırasında toz oluşturmayacak şekilde disiplinli hareket edilmesi,
• Özel malzemeler ile temizliğin yapılması,
• Düzenli olarak ölçümlerin yapılması,
• İstenilen tüm şartların olanaklar elverdiğince düşük enerji masrafı ile sağlanması.

Bir yarı iletken araştırma ve üretim tesisinde yukarıdakilere ek olarak sağlanması gerekenler:

• Çok dar sıcaklık ve nem toleranslarının her türlü iç ve dış hava şartlarında sağlanması,
• Tesis uygulanırken kullanılan malzemelerin moleküler kirlenmeye sebep olmaması, özellikle kaplama işlemlerine zarar verecek uçucu maddelerin kullanılmaması,
• Zerreciklerin ortama girmesinin önlenmesini sağlamak için artı basıncın (nadiren eksi basıncın) oluşturulması ve kontrol edilmesi,
• Genellikle çok yüksek hava değişim katsayısı ile çalışılması,
• Olanaklar ve proses elverdiğince geri dönüşümlü hava ile çalışılması,
• Sistem ve çevreden oluşan titreşimin hassas üretime zarar vermeyeceği seviyelere indirilmesi,
• Proses cihazlarının elektromanyetik kirlilikten etkilenmesinin önlenmesi,
• Proseslerde oldukça tehlikeli toksik ve yanıcı gazlar ile çalışıldığından gerekli güvenlik tedbirlerinin alınması,
• Ultra saf su, ultra saf gazların ve hatlarının en az havalandırma sistemi kadar önemli olması,
• Proses cihazları için yeterli servis ve teknik alanların öngörülmesi,
• İstenilen şartların senenin 365 günü, günün 24 saati güvenli ve kesintisiz bir şekilde sağlanması.

Eğer yukarıda belirtilenlerin son maddesi haricinde tamamı eksiksiz yerine getirilse bile, bu tesis bir yarı iletkenler için uygun bir temizoda değildir. Çünkü tam olarak son madde yerine getirilmediyse; örneğin herhangi bir sebepten ötürü sistem kontrolsüz olarak durursa, sıcaklık veya nem toleransı kısa süreli de olsa sağlanamazsa, üzerinde aylarca çalışılan bir ürün veya ürün serisi bir anda çöp olacaktır.

Yukarıda sayılan maddeleri daha da açıklayarak, ortaya çıkabilecek olumsuzlukları sıralayalım. Bazı proseslerde sıcaklık toleransının 0,1 Kelvin/h, m², m³ olması gereklidir. Alışılagelmiş bir havalandırma, ısıtma/soğutma ve otomasyon sistemi ile bunu sağlamak kesinlikle mümkün değildir veya normal iklimlendirme sistemlerine göre özellikle yaz aylarında çok düşük olması gereken nem oranı, eğer soğutma sisteminin hesapları bazı özel şartlar göz önüne alınarak yapılmadıysa kesinlikle yükselecektir. Ancak üzerinde çok uzun süre çalışılmış olan proses ve/veya milyonluk proses cihazları, “Yağmur yağdı, nem yükseldi” gibi bahaneleri kabul etmemekte; senenin 365 günü her türlü iklimsel olayda prosesin gerektirdiği şartları istemektedir. Başka bir örnek ise; yapı malzemelerinde kullanılan bazı maddelerden kaynaklanan uçucu maddeler, moleküler kirlenmeye yol açmakta, prosese zarar vermektedir. Örneğin, bu konuda deneyimsiz bir uygulamacı hava kanallarını sızdırmaz hale getireceğim diye ‘iyi niyetle’ bol bol silikon kullanırsa bunun yapılacak kaplama işlemine zararı olacağından şüpheniz olmasın. Binanın yapısı, iklimlendirme cihazlarının yerleşimi, havalandırma sisteminin vs. oluşturacağı titreşimler, özellikle maskeleme prosesinde üründen beklenen sonucun alınamamasına neden olacaktır. Doğru tasarım yapılmadan, alışılagelmiş kalitedeki malzemeler ile uygulanan elektrik, otomasyon, iklimlendirme sistemleri birçok proseste elektromanyetik kirlenmeye yol açacak, proses cihazlarının çalışmasına zarar verebilecektir. Birçok prosesin gerektirdiği toksik ve tehlikeli gazlar için gereken tedbirler alınmıyorsa, bu sistemlerin hatları uygun malzeme ile yüksek kalitede uygulanmadıysa çalışanların ve tesisin güvende olmadığından emin olabilirsiniz.

Yarı iletkenler için kurulan temizoda tesislerinin işletme masraflarının da oldukça yüksek olacağının göz önünde bulundurulması gereklidir. Yatırım masraflarını düşük tutmak için çoğu zaman göz ardı edilen enerji tasarrufu önlemleri işletme giderlerinin düşük tutulmasını ve sistemin sürekli ve güvenli bir şekilde çalışmasını sağlayarak, fazladan yapılacak yatırım giderlerinin kısa sürede geri dönüşümünü de beraberinde getirmekte, rekabet kabiliyetini yükseltmekte, çevreyi korumakta ve ulusal giderlerimizin azalmasını sağlamaktadır.

Yatırımcının, bu tip bir tesis için yapacağı yatırımın ‘ucuz’ olmayacağının bilincinde olması gereklidir. Aksi takdirde “Kaplama işlemi neden başarısız oluyor, parçalar neden birbirleri ile uyuşmuyor, milyonlarca lira para ödenen proses cihazları işlevini neden yerine getirmiyor, kapilar boruların içinde neden tıkanma oluyor, duvarlarda özellikle yaz aylarında neden terleme oluşuyor, itfaiyenin bile sadece seyredebileceği yangın neden çıkıyor?” gibi sorulara hazırlıklı olması gerekmektedir. İstenilen tüm şartlar senenin 365 günü, günün 24 saati mümkün olduğu kadar düşük enerji sarfiyatı ile kesintisiz sağlanmadığı takdirde, en ufak bir değer kaymasında harcanan tüm emekler boşa gidebilir. Bu sebeplerden dolayı yarı iletkenlerin araştırılacağı, geliştirileceği ve üretileceği tesisler, tasarımdan uygulamaya kadar tüm bileşenleri ile bir bütün olarak ele alınmalıdır. Bununla birlikte sadece kendi yaptığı işi değil aynı zamanda ürünü ve prosesi bilen uzmanlar tarafından uygulanması gereklidir. İstenilen temizoda sınıfının sağlanması işin en fazla %5’inin doğru yapıldığını göstermektedir. Geriye kalan %95’lik bölüm düzgün yapılmadıysa elde edilen “temizoda sınıfının” hiçbir değeri yoktur.

_____________________________________________

Yazar Hakkında

Metin Kenter, Almanya Giessen Uygulamalı Teknik Üniversitesi Isı ve Enerji Mühendisliği bölümünden mezun olduktan sonra meslek hayatına 1984 yılında Almanya’da Babcock BSH firmasında Temiz ve Steril Alan Geliştirme Mühendisi olarak başladı. Daha sonra Weiss Klimatechnik firmasında sıra ile Temiz Oda Geliştirme, Proje Mühendisi, Satış Mühendisi, Temiz Oda Bölüm Müdürü, Almanya/Hessen Bölgesi Satış Müdürü, Balkanlar ve Ortadoğu Satış Müdürü, İstanbul İrtibat Bürosu Müdürü olarak görev yaptı ve 250’den fazla, çeşitli alanlarda temiz ve steril üretim alanlarının yapımına refakat etti. Halen kurucusu olduğu İNŞEL Yapı ve Teknik Donatım Sistemleri Ltd. Şti.’de meslek hayatına devam ediyor.