Fabs vechten de eindeloze oorlog tegen besmetting

Fabs vechten de onophoudelijke oorlog tegen besmetting

Door Sarah Fister Gale

In de waferfabriek, hoe hard je ook vecht, er zijn sommige gevechten die je nooit zult winnen. Het beste wat je kunt doen, is je vijand – moleculaire verontreiniging – zo lang mogelijk afweren.

Sinds het begin van de waferproductie voeren operators in cleanrooms oorlog tegen verontreinigingen, vertrouwend op een groeiende verzameling filters, monitors en afgesloten omgevingen om te voorkomen dat deeltjes hun opbrengst verpletteren. Maar voor elke stap vooruit die ze zetten in contaminatiecontrole, zet de industrie twee stappen terug, omdat krimpende geometrieën delicate materialen en bewerkingsstappen steeds kwetsbaarder maken voor zelfs kleinere verontreinigingen in de omgeving.

In de huidige fabriek kunnen eens onschuldige moleculaire verontreinigingen nu oppervlakken beschadigen en reageren met energie, vocht en andere chemicaliën in de omgeving om waas op optica te creëren, zich aan wafers te hechten en zelfs de minienvironments te contamineren die bedoeld zijn om ze te beschermen.

"Het is een evoluerend veld," erkent Mark Camenzind, senior technisch adviseur bij het Fremont, CA-gevestigde Balazs Analytical Services kantoor van Air Liquide Electronics, een internationale industriële groep die zich specialiseert in halfgeleider-, industriële en medische gassen, chemicaliën, apparatuur en gerelateerde diensten. "Naarmate de luchtgedragen moleculaire verontreiniging (AMC) beter wordt gecontroleerd en geanalyseerd, realiseren we ons dat het moeilijk is om het volledig te beheersen. Het is als een ui pellen. Onder elke laag ligt een andere laag, en er is altijd iets nieuws te leren."

Helaas, terwijl de vooruitgang in de productie fabrieksoperators in staat stelt hun technologie te verkleinen en complexere componenten op microschaal te produceren, evolueren de hulpmiddelen om te vechten tegen verontreinigingen in deze productieomgevingen niet zo snel.

"Een volledige en universele oplossing voor AMC blijft nog altijd uit," zegt Steven Rowley, productlijnmanager moleculaire verontreiniging bij Particle Measuring Systems, een fabrikant van lucht-, gas- en vloeistofdeeltjesmeters in Boulder, CO, "maar bedrijven kijken serieuzer naar strategieën voor het monitoren en beheersen van moleculaire verontreiniging om risico's te beperken."

Jitze Stienstra, directeur productmarketing bij het kantoor van Entegris in San Diego, CA, wiens businessunit voor contaminatiecontrole zich specialiseert in deze kwesties, is het ermee eens. "Contaminatiecontrole wordt steeds belangrijker omdat kleinere lijnafmetingen betekenen dat meer processen worden beïnvloed," zegt hij.

Stienstra gelooft dat een meerlagige aanpak van "totale contaminatiecontrole" de beste oplossing biedt. De combinatie van voorfilters voor schone omgevingslucht, chemische filters op gereedschapsniveau en point-of-use zuiveringsapparaten voor zuiggassen in zeer gevoelige afgesloten omgevingen die niet in contact mogen komen met omgevingslucht, leidt tot het meest robuuste systeem. "Het begint met de fab-omgeving, daarna gaat het naar het gereedschap en het microniveau," zegt hij.

Fabriekoperators vertrouwen ook steeds meer op realtime monitoring om een beter inzicht te krijgen in wat, waar en wanneer verontreinigingen problemen veroorzaken in de fabriek, vooral rond fotolithografiegereedschap.

"Elke oplossing moet op maat worden gemaakt voor de behoeften van de fabriek, zodat operators verontreiniging kunnen beheren en problemen kunnen oplossen in een betaalbare omgeving," zegt Stienstra.

Fotolithografie wijst de weg

De waferproductie-industrie bereikt snel het punt waarop omgevingslucht, zelfs gefilterde omgevingslucht, niet meer voldoende te controleren is om opbrengstverlies in de cleanroom te voorkomen, dus gaan mensen meer gebruik maken van clusterapparatuur, afgesloten omgevingen, front-opening unified pods (FOUPs) en zuiggassen om blootstelling aan AMC helemaal te vermijden. "Zuiggassen kunnen zeer schoon worden gemaakt door middel van zuivering, wat betekent dat je ze minder vaak hoeft te testen, in tegenstelling tot omgevingslucht, die elk uur verandert en idealiter voortdurend moet worden gecontroleerd," zegt Camenzind. Echter, continue monitoring op de lage niveaus die vereist zijn volgens de International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), is niet altijd beschikbaar, bijvoorbeeld voor zwaveldioxide op pptv-niveau. ...

Wees niet FOUP-gedwongen

Wanneer materialen niet worden verwerkt, worden FOUPs, pods en reticleboxen vaker gebruikt om te voorkomen dat delicate wafers en maskers in contact komen met verontreinigingen in de omgevingslucht, maar ook zij lopen het risico nieuwe verontreinigingsproblemen te creëren door uitgassing van de behuizing en carry-over van eerdere processen, die zorgvuldig moeten worden beheerd.

Camenzind wijst erop dat alles in de fabriek, van de materialen en smeermiddelen die op gereedschappen en containers worden gebruikt tot de processtappen zelf, de potentie heeft om verontreiniging te veroorzaken die de opbrengst kan beïnvloeden.

"Wanneer je een oplossing vindt, moet je er zeker van zijn dat de remedie niet erger is dan de kwaal," zegt hij. ...

Ga mee met de stroom

Naast de afgesloten omgevingen moeten fabrieksoperators ook nauwlettend letten op hun algehele cleanroomomgeving en aandacht besteden aan de luchtstroom, zegt Keith Kibbee, werktuigbouwkundig ingenieur bij het Portland, OR-kantoor van CH2M HILL, een full-service ingenieurs-, bouw- en exploitatiebedrijf. Kibbee, die 3D-luchtstroommodellering doet voor klanten in cleanrooms, merkt op dat veranderingen in de cleanroom (zoals de toevoeging van een nieuw apparaat) de luchtstroom kunnen verstoren, wat blokkades of ripple-effecten veroorzaakt, de luchtstroom van de ventilatorfiltereenheid beïnvloedt en de optimale recirculatie van lucht beperkt. ...

Houd één oog open

Welke oplossing of combinatie van oplossingen een fabriek ook gebruikt om verontreinigingen te voorkomen, te beheersen of te beperken, alles hangt af van monitoring. En omdat kleinere en lagere niveaus van verontreinigingen grotere risico's vormen, wordt realtime online monitoring de norm – althans rond kritieke bewerkings- en hanteringstappen.

"Je moet iets monitoren om te weten dat het er is," zegt Particle Measuring Systems' Rowley, die een voortdurende verschuiving voorspelt van periodieke bemonstering naar realtime hoge-sensitiviteitsmonitoring in kritieke gebieden van de fabriek. "Zodra je monitort, kun je de gegevens koppelen aan je procesopbrengst, garantie-eisen, de kosten van stilstand en onderhoudskosten. Als bedrijven dat inzicht onder controle krijgen, zien ze de waarde van monitoring." ...

Balans vinden

"Het is een concurrentievoordeel voor bedrijven om te weten hoe ze moleculaire verontreiniging in de cleanroom kunnen beheren en aanpakken," zegt Rowley, die aangeeft dat de industrie niet zo ver is gegaan als ze zou moeten. "De meeste bedrijven houden hun technieken en strategieën voor AMC-monitoring en -controle dicht bij zich, omdat degenen die het goed doen, kritieke tienden van een procent tot enkele procenten winst in opbrengst behalen – wat enorme verschillen maakt in zo'n competitieve industrie."

"Uiteindelijk is het niet financieel haalbaar om helemaal geen verontreiniging te hebben," zegt Camenzind. "De meest praktische contaminatiecontrole-engineering is uitzoeken wat de redelijke limiet voor elke stap is op basis van het proces, en vervolgens de niveaus onder dat limiet houden en monitoren om te zorgen dat je het bereikt." ...