Le fabbriche combattono la guerra infinita contro la contaminazione

Le fabbriche combattono la guerra infinita contro l'inquinamento

Di Sarah Fister Gale

Nella fabbrica di wafer, non importa quanto tu combatta, ci sono alcune battaglie che non vincerai mai. Il massimo che puoi fare è respingere il nemico—la contaminazione molecolare—per il più lungo tempo possibile.

Fin dall'inizio della produzione di wafer, gli operatori delle camere bianche hanno combattuto contro i contaminanti, affidandosi a una crescente collezione di filtri, monitor e ambienti chiusi per prevenire che le particelle compromettano le rese. Ma per ogni passo avanti che fanno nel controllo della contaminazione, l'industria fa due passi indietro, poiché le geometrie sempre più ridotte rendono i materiali delicati e i processi ancora più suscettibili a contaminanti ambientali di dimensioni sempre più piccole.

Nel fab oggi, i contaminanti molecolari un tempo innocui possono ora danneggiare le superfici e interagire con energia, umidità e altri agenti chimici nell'ambiente, creando foschie sugli ottici, attaccandosi ai wafer e contaminando anche i minienvironment progettati per proteggerli.

"È un campo in evoluzione," ammette Mark Camenzind, consulente tecnico senior presso l'ufficio di Balazs Analytical Services di Fremont, CA, parte di Air Liquide Electronics, un gruppo industriale internazionale specializzato in gas, chimici, attrezzature e servizi correlati per semiconduttori, industria e medicina. "Man mano che la contaminazione molecolare aerotrasportata (AMC) viene meglio controllata e analizzata, ci rendiamo conto che è difficile da controllare completamente. È come sbucciare una cipolla. Sotto ogni strato ce n'è un altro, e qualcosa ancora da imparare."

Sfortunatamente, mentre i progressi nella produzione consentono ai fab di ridurre le dimensioni delle tecnologie e produrre componenti più complessi su scala micro, gli strumenti usati per combattere i contaminanti in questi ambienti di produzione non evolvono altrettanto rapidamente.

"Una soluzione completa e universale per l'AMC è ancora sfuggente," dice Steven Rowley, responsabile della linea di prodotti di contaminazione molecolare per Particle Measuring Systems, produttore di contatori di particelle d'aria, gas e liquidi a Boulder, CO, "ma le aziende stanno prendendo più sul serio il monitoraggio e le strategie di controllo della contaminazione molecolare per mitigare i rischi."

Jitze Stienstra, direttore marketing di prodotto presso l'ufficio di San Diego, CA di Entegris, la cui unità di business dedicata alle soluzioni di controllo della contaminazione si specializza in questi problemi, concorda. "Il controllo della contaminazione sta diventando sempre più importante man mano che la riduzione delle dimensioni delle linee significa che più processi sono coinvolti," afferma.

Stienstra crede che un approccio a più livelli al "controllo totale della contaminazione" offra la soluzione migliore. La combinazione di pre-filtri per aria ambiente pulita, filtri chimici a livello di attrezzo e purificatori point-of-use per gas di purge in ambienti altamente sensibili e chiusi che non possono entrare in contatto con l'aria ambiente, porta al sistema più robusto. "Inizia con l'ambiente del fab, poi si passa al livello degli attrezzi e a quello micro," dice.

Anche gli operatori di fab stanno affidandosi sempre più al monitoraggio in tempo reale per avere una percezione più accurata di cosa, dove e quando la contaminazione crea problemi, in particolare intorno agli strumenti di fotolitografia.

"Ogni soluzione deve essere personalizzata in base alle esigenze del fab, così che gli operatori possano gestire la contaminazione e risolvere i problemi in un ambiente accessibile," afferma Stienstra.

La fotolitografia traccia una strada

L'industria della produzione di wafer sta rapidamente raggiungendo il punto in cui l'aria ambiente, anche filtrata, non può più essere controllata abbastanza da prevenire perdite di resa nell'ambiente della camera bianca, quindi si sta andando sempre più verso strumenti cluster, ambienti chiusi, front-opening unified pod (FOUP) e gas di purge per evitare completamente l'esposizione all'AMC. "Il gas di purge può essere reso molto pulito attraverso la purificazione, il che significa che non devi testarlo così spesso, rispetto all'aria ambiente, che cambia ogni ora e dovrebbe essere monitorata costantemente," dice Camenzind. Tuttavia, il monitoraggio continuo ai bassi livelli richiesti dalla Roadmap Tecnologica Internazionale per i Semiconduttori (ITRS) non è sempre disponibile, ad esempio per ossidi di zolfo a livelli pptv.

Non farti FOUPare

Quando i materiali non sono in lavorazione, i FOUP, i pod e le scatole reticolo vengono usati più comunemente come modo per prevenire che wafer delicati e maschere vengano a contatto con contaminanti nell'aria ambiente, ma anche loro rischiano di creare nuovi problemi di contaminazione attraverso il outgassing dell'involucro e il carryover di processi passati, che devono essere attentamente controllati.

Camenzind sottolinea che tutto nella fab, dai materiali e lubrificanti usati su strumenti e contenitori ai passaggi di processo stessi, può creare contaminazione che può influenzare la resa.

"Ogni volta che trovi una soluzione, devi essere sicuro che la cura non sia peggiore della malattia," dice. ...

Segui il flusso

Oltre agli ambienti chiusi, gli operatori di fab devono anche tenere sotto stretto controllo l'intero ambiente della camera bianca e prestare molta attenzione al flusso d'aria, dice Keith Kibbee, ingegnere meccanico presso l'ufficio di Portland, OR di CH2M HILL, una società di ingegneria, costruzioni e gestione operativa. Kibbee, che fa modellazioni di flusso d'aria 3D per clienti di camere bianche, osserva che cambiamenti nell'ambiente (come l'aggiunta di un nuovo pezzo di attrezzatura) possono disturbare il flusso d'aria, causando blocchi o effetti a catena, influenzando le portate delle unità di filtraggio dei ventilatori e limitando il ricircolo ottimale dell'aria. ...

Un occhio aperto

Qualunque soluzione, o combinazione di soluzioni, un fab utilizzi per prevenire, controllare o mitigare i contaminanti, tutto dipende dal monitoraggio. E poiché livelli più bassi e contaminanti più piccoli comportano rischi maggiori, il monitoraggio online in tempo reale sta diventando la norma—almeno nelle fasi critiche di lavorazione e manipolazione.

"Devi monitorare qualcosa per sapere che è lì," dice Rowley di Particle Measuring Systems, che prevede un continuo spostamento dall'analisi periodica al monitoraggio in tempo reale ad alta sensibilità nelle aree critiche del fab. "Una volta che monitori, puoi correlare i dati con la resa del processo, i requisiti di garanzia, i costi di inattività e di manutenzione. Se le aziende riescono a gestire quei dati, vedranno il valore del monitoraggio." ...

Trovare il equilibrio

"È un vantaggio competitivo per le aziende sapere come gestire e controllare la contaminazione molecolare in camera bianca," afferma Rowley, che suggerisce che l'industria non ha ancora raggiunto il livello che dovrebbe. "La maggior parte delle aziende tiene le tecniche e le strategie di monitoraggio e controllo dell'AMC molto riservate, perché chi lo fa bene ottiene guadagni critici di frazioni di percento fino a qualche percento in resa—che fanno una grande differenza in un settore così competitivo."

"Alla fine, raggiungere l'estremo di nessuna contaminazione del tutto non ha senso dal punto di vista finanziario," dice Camenzind. "La soluzione più pratica di controllo della contaminazione è capire qual è il limite ragionevole per ogni passaggio in base al processo, poi mantenere i livelli sotto quel limite e monitorare per assicurarsi di raggiungerlo." ...