Las fábricas luchan contra la guerra interminable contra la contaminación

Las fábricas luchan la guerra interminable contra la contaminación

Por Sarah Fister Gale

En la fábrica de obleas, por mucho que luches, hay algunas batallas que nunca ganarás. Lo mejor que puedes hacer es retrasar a tu enemigo—la contaminación molecular—todo lo posible.

Desde el comienzo de la fabricación de obleas, los operadores de salas limpias han librado una guerra contra los contaminantes, confiando en una colección cada vez mayor de filtros, monitores y entornos cerrados para evitar que las partículas arruinen sus rendimientos. Pero por cada paso adelante que dan en el control de la contaminación, la industria da dos pasos atrás, ya que las geometrías en miniatura hacen que materiales delicados y procesos sean cada vez más susceptibles a contaminantes aún más pequeños en el entorno.

En la fábrica actual, los contaminantes moleculares que antes eran inofensivos ahora pueden dañar superficies e interactuar con energía, humedad y otros químicos en el entorno para crear brumas en ópticas, adherirse a las obleas e incluso contaminar los minientornos diseñados para protegerlas.

"Es un campo en evolución," admite Mark Camenzind, asesor técnico senior en la oficina de Balazs Analytical Services en Fremont, CA, de Air Liquide Electronics, un grupo industrial internacional especializado en gases, productos químicos, equipos y servicios relacionados para semiconductores, industria y medicina. "A medida que se controla y analiza mejor la contaminación molecular en el aire (AMC), nos damos cuenta de que es difícil controlarla por completo. Es como pelar una cebolla. Bajo cada capa hay otra capa, y algo más que aprender."

Desafortunadamente, mientras los avances en fabricación permiten a los fabricantes reducir el tamaño de sus tecnologías y producir componentes más complejos a escala micro, las herramientas utilizadas para combatir los contaminantes en estos entornos de fabricación no evolucionan tan rápidamente.

"Aún no existe una solución completa y universal para la AMC," dice Steven Rowley, gerente de línea de productos de contaminación molecular en Particle Measuring Systems, fabricante de contadores de partículas en aire, gas y líquidos en Boulder, CO, "pero las empresas están prestando una atención más seria a las estrategias de monitoreo y control de la contaminación molecular para mitigar riesgos."

Jitze Stienstra, director de marketing de productos en la oficina de Entegris en San Diego, CA, cuya unidad de negocio de soluciones de control de contaminación se especializa en estos temas, está de acuerdo. "El control de contaminación se vuelve cada vez más importante a medida que la reducción en el tamaño de las líneas afecta a más procesos," dice.

Stienstra cree que un enfoque multinivel para el "control total de la contaminación" ofrece la mejor solución. La combinación de pre-filtros para aire ambiente limpio, filtros químicos a nivel de herramienta y purificadores en el punto de uso para gases de purga en entornos cerrados altamente sensibles que no pueden entrar en contacto con el aire ambiente, conduce al sistema más robusto. "Comienza con el ambiente de la fábrica, luego pasa al nivel de la herramienta y al micronivel," dice.

Los operadores de la fábrica también dependen cada vez más del monitoreo en tiempo real para obtener una idea más precisa de qué, dónde y cuándo la contaminación está causando problemas en la fábrica, especialmente en torno a las herramientas de fotolitografía.

"Cada solución debe ser personalizada según las necesidades de la fábrica para que los operadores puedan gestionar la contaminación y resolver problemas en un entorno asequible," dice Stienstra.

La fotolitografía abre camino

La industria de fabricación de obleas está alcanzando rápidamente un punto en el que el aire ambiente, incluso filtrado, no puede ser controlado lo suficiente para evitar pérdidas de rendimiento en el entorno de sala limpia, por lo que las personas están recurriendo más a herramientas agrupadas, entornos cerrados, pods de apertura frontal (FOUPs) y gases de purga para evitar la exposición a AMC por completo. "El gas de purga puede hacerse muy limpio mediante purificación, lo que significa que no tienes que probarlo tan a menudo, en comparación con el aire ambiente, que cambia cada hora y que, idealmente, debería ser monitoreado constantemente," dice Camenzind. Sin embargo, el monitoreo continuo en los niveles bajos requeridos por la Hoja de Ruta Tecnológica Internacional para Semiconductores (ITRS) no siempre está disponible, por ejemplo, para óxidos de azufre en niveles pptv. ...

No te pongas en FOUP

Cuando los materiales no están en proceso, los FOUPs, pods y cajas de retículas se usan cada vez más como una forma de evitar que las obleas y máscaras delicadas entren en contacto con contaminantes en el aire ambiente, pero también corren el riesgo de crear nuevos problemas de contaminación mediante la emisión de gases del recinto y la transferencia de procesos pasados, que deben ser cuidadosamente controlados.

Camenzind señala que todo en la fábrica, desde los materiales y lubricantes utilizados en herramientas y contenedores hasta los propios pasos del proceso, tiene el potencial de crear contaminación que puede afectar el rendimiento.

"Cada vez que encuentras una solución, tienes que asegurarte de que la cura no sea peor que la enfermedad," dice él. ...

Sigue la corriente

Además de los entornos cerrados, los operadores de la fábrica también deben vigilar de cerca su entorno general de sala limpia y prestar atención al flujo de aire, dice Keith Kibbee, ingeniero mecánico en la oficina de CH2M HILL en Portland, OR, una firma de ingeniería, construcción y operaciones de servicio completo. Kibbee, que realiza modelado de flujo de aire en 3D para clientes de salas limpias, señala que los cambios en la sala limpia (como la adición de un nuevo equipo) pueden alterar el flujo de aire, causando bloqueos o efectos en cadena, afectando las tasas de flujo de las unidades de filtro de ventiladores y limitando la recirculación óptima del aire. ...

Con un ojo abierto

No importa qué solución, o combinación de soluciones, utilice una fábrica para prevenir, controlar o mitigar contaminantes, todo depende del monitoreo. Y a medida que niveles más bajos y contaminantes más pequeños representan mayores riesgos, el monitoreo en línea en tiempo real se está convirtiendo en la norma, al menos en pasos críticos de procesamiento y manejo.

"Tienes que monitorear algo para saber que está allí," dice Rowley de Particle Measuring Systems, quien predice un cambio continuo de la toma de muestras periódicas a un monitoreo en tiempo real de alta sensibilidad en áreas críticas de la fábrica. "Una vez que monitoreas, puedes correlacionar los datos con el rendimiento de tu proceso, los requisitos de garantía, el costo del tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento. Si las empresas pueden entender esos datos, podrán ver el valor del monitoreo." ...

Encontrar el equilibrio

"Es una ventaja competitiva para las empresas saber cómo gestionar y manejar la contaminación molecular en la sala limpia," dice Rowley, quien sugiere que la industria no ha avanzado tanto como debería. "La mayoría de las empresas mantienen en secreto sus técnicas y estrategias de monitoreo y control de AMC, porque quienes lo hacen bien obtienen ganancias críticas de décimas de porcentaje a unos pocos puntos porcentuales en el rendimiento, lo cual hace una gran diferencia en una industria tan competitiva."

"Al final, alcanzar la extrema de ninguna contaminación en absoluto no tiene sentido financiero," dice Camenzind. "La ingeniería de control de contaminación más práctica es determinar cuál es el límite razonable para cada paso según el proceso, mantener los niveles por debajo de ese límite y monitorear para asegurarse de alcanzarlo." ...