Một hạt bụi có thể gây hại hàng triệu USD: Công nghiệp bán dẫn định nghĩa lại 'không khí sạch'

Yêu cầu khắt khe của ngành bán dẫn về bụi và khí

Ngành công nghiệp bán dẫn vốn được xem là “trái tim” của nền kinh tế số, nơi chỉ một chi tiết sai lệch cũng có thể dẫn đến tổn thất khổng lồ.

Ông Nguyễn Việt Hoàng - Air Filtech kể, trong quá trình sản xuất, wafer – tấm nền silicon mỏng manh – phải trải qua hàng trăm công đoạn khác nhau. Chỉ cần một hạt bụi siêu nhỏ hoặc một phân tử khí ăn mòn trong không khí cũng có thể làm hỏng bề mặt, gây ra lỗi mạch và khiến toàn bộ lô hàng không đạt chuẩn, thiệt hại hàng triệu USD".

Được biết, quy trình sản xuất bảng mạch in, vi mạch bán dẫn từ khâu chuẩn bị vật liệu, khắc đồng, mạ lỗ, in lụa, phủ lớp chống hàn, đến kiểm tra cuối cùng và đóng gói chip, tất cả đều phải diễn ra trong điều kiện sạch nghiêm ngặt. Mỗi bước đều đòi hỏi hệ thống HVAC (hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) và lọc khí hoạt động liên tục để ngăn bụi bẩn và các chất khí lạ xâm nhập.

Trong kiểm soát bụi, bộ lọc HEPA/ULPA (các loại bộ lọc không khí hiệu suất cao) là lựa chọn tiêu chuẩn. Với khả năng loại bỏ hạt bụi có kích thước chỉ vài chục nanomet, các cấp độ lọc được lắp trong cụm quạt lọc hoặc khung lọc trải kín toàn bộ trần, tạo luồng khí tầng ổn định với vận tốc dưới 0,3 m/s. Hệ thống này có thể đáp ứng cấp độ sạch ISO 8 đến ISO 5 – mức yêu cầu cho sản xuất vi mạch và các lĩnh vực sinh học cao cấp.

Tuy nhiên, đại diện Air Filtech còn tiết lộ 1 nguy cơ lớn hơn đến từ khí ăn mòn (AMC). Đây là tập hợp nhiều loại khí độc hại và khó kiểm soát và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. AMC có thể ăn mòn bề mặt kim loại, làm hỏng lớp mạch siêu mỏng, gây chập điện hoặc phá hủy vật liệu quang học. Các tiêu chuẩn quốc tế chuyên ngành đã chỉ rõ mức độ nguy hiểm, phân loại môi trường thành 4 cấp từ G1 (nhẹ) đến GX (cực nặng). Vì thế, mỗi sơ hở đều có thể gây nguy cơ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng thiết bị. Điều này lý giải vì sao các tập đoàn lớn như Intel, Samsung hay TSMC đều yêu cầu nhà máy của đối tác phải đạt chuẩn kiểm soát AMC trước khi ký hợp đồng.

Theo ông Nguyễn Việt Hoàng, mức độ AMC càng cao, rủi ro hỏng hóc vi mạch càng lớn. Do đó, việc thiết kế hệ thống xử lý khí ăn mòn phải song hành cùng đầu tư dây chuyền sản xuất. Đây là yếu tố quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của nhà máy bán dẫn.

'Không khí sạch' thành một tiêu chuẩn cạnh tranh

Để đối phó với AMC, các giải pháp xử lý khí đã phát triển theo hướng tổng thể, bao gồm nhận diện nguồn phát sinh, lựa chọn vật liệu hấp phụ phù hợp, thiết kế hệ thống lọc và kiểm tra hiệu quả theo thời gian thực.

Trong số đó, vật liệu lọc phân tử là yếu tố cốt lõi. Carbon hoạt tính ngâm tẩm và các vật liệu CamPure được thiết kế nhằm xử lý từng loại khí cụ thể. Việc chọn vật liệu phụ thuộc vào nồng độ khí, tuổi thọ mong muốn và chi phí đầu tư.

Các hệ thống lọc được thiết kế cho khối lượng không khí lớn, gồm nhiều lớp lọc để tăng hiệu quả. Nhờ vậy, chúng có thể loại bỏ hơn 99% khí độc hại. Trong đó, ProCarb thường được dùng ở những công đoạn nhạy cảm như quang khắc – nơi chỉ một lỗi nhỏ cũng có thể khiến cả lô wafer phải loại bỏ.

Ngoài ra, máy lọc khí tuần hoàn đa tầng còn mang lại lợi thế kép: vừa loại bỏ khí ăn mòn và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), vừa lọc bụi, virus, vi khuẩn, nấm mốc. Nhờ cơ chế tuần hoàn không khí, hệ thống này giúp tăng hệ số trao đổi gió, duy trì áp suất dương và giữ ổn định môi trường phòng sạch.

Để đảm bảo tính khoa học, việc tính toán hiệu suất lọc được hỗ trợ bởi phần mềm CFSS. Theo minh họa, hệ thống có thể loại bỏ 99,99% ozone, 99% H₂S và HF, 95% chlorine, 98% NOx. Thời gian hoạt động được tính toán cụ thể, như với khí H₂S có thể đạt hơn 574.000 giờ, hay ozone hơn 100.000 giờ. Những con số này chứng minh rằng giải pháp lọc không chỉ hiệu quả về kỹ thuật mà còn tối ưu chi phí vận hành.

Ông Nguyễn Việt Hoàng phân tích: “Giải pháp xử lý AMC phải được tiếp cận theo hướng tổng thể – từ khảo sát môi trường, lựa chọn vật liệu hấp phụ, thiết kế hệ thống lọc đến tính toán tuổi thọ. Khi đó, doanh nghiệp mới có thể yên tâm về tính ổn định của dây chuyền và đáp ứng yêu cầu khắt khe từ các tập đoàn toàn cầu.”

Một yếu tố khác là giám sát trực tuyến. Công nghệ AirImage-COR cho phép đo tốc độ ăn mòn, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất theo thời gian thực, giúp kỹ sư nhanh chóng phát hiện rủi ro và điều chỉnh hệ thống. Kết hợp giữa lấy mẫu thụ động và giám sát trực tiếp, doanh nghiệp có thể duy trì môi trường trong giới hạn cho phép, tránh gián đoạn sản xuất.

Có thể thấy, trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, “không khí sạch” không còn là khái niệm chung chung mà đã trở thành chuẩn mực cạnh tranh. Một hạt bụi, một phân tử khí ăn mòn cũng đủ tạo ra sự khác biệt giữa thành công và thất bại. Vì vậy, đầu tư cho hệ thống xử lý bụi và AMC chính là đầu tư cho sự sống còn của ngành bán dẫn.

Việt Nam, với tham vọng trở thành mắt xích quan trọng trong chuỗi cung ứng toàn cầu, cần coi kiểm soát khí sạch là điều kiện tiên quyết trong thu hút FDI. Khi các nhà máy tại Bắc Ninh, Thái Nguyên hay TP.HCM hướng tới chuẩn quốc tế, việc ứng dụng công nghệ lọc tiên tiến sẽ tạo niềm tin cho các tập đoàn lớn, đồng thời mở đường để doanh nghiệp nội địa từng bước tham gia sâu hơn vào lĩnh vực giá trị cao.

Như lời ông Nguyễn Việt Hoàng: “Clean air is human right – không khí sạch không chỉ là quyền lợi cơ bản, mà trong ngành bán dẫn, nó còn là nền tảng của sự phát triển bền vững.”