In un mondo digitalmente connesso, vi è un crescente bisogno di dispositivi più potenti, più piccoli, più veloci e più intelligenti per svolgere in modo efficiente e senza soluzione di continuità le attività e i processi. Grazie alle funzionalità di calcolo e alla capacità di migliorare le prestazioni dei dispositivi elettronici, i semiconduttori rappresentano la base della maggior parte delle applicazioni e dei dispositivi tecnologici di oggi. L'aumento della domanda ha contribuito a una rapida crescita del settore dei semiconduttori, favorendo l'innovazione nelle tecnologie di produzione.
Che cos'è la produzione di semiconduttori?
Nei workflow di produzione di semiconduttori, i circuiti integrati (IC) che includono componenti come diodi, resistori e transistor vengono creati sui wafer semiconduttori; tali wafer sono quindi tagliati in singoli IC, confezionati e integrati per realizzare il prodotto finale. Un wafer semiconduttore è composto da elementi puri, in genere silicio. A seconda dell'applicazione, nella produzione dei wafer vengono utilizzati anche altri elementi, come il germanio, o materiali come l'arseniuro di gallio. La produzione di wafer è un processo tecnologicamente avanzato, in cui ogni fase richiede un'elevata precisione e l'utilizzo di strumenti specializzati e di una camera bianca.
Processo di produzione di semiconduttori
Fase 1: progettazione
I chip semiconduttori sono realizzati da aziende di progettazione e produttori di elettronica indipendenti o fabless.
Fase 2: produzione front-end
Nota anche come produzione di wafer, è una fase cruciale nel settore dei semiconduttori in cui avvengono tutti i passaggi iniziali della creazione dei singoli componenti dei circuiti integrati. Si inizia con il taglio di un lingotto di silicio puro in dischi/wafer, si prosegue quindi con la lucidatura dei wafer fino a ottenere una finitura impeccabile e si continua con l'incisione di schemi intricati sul wafer per formare un circuito integrato, in diverse fasi estese e avanzate.
Fase 3: produzione back-end
Nella produzione back-end, i wafer di silicio sono sottoposti a un taglio di precisione per formare singoli stampi/chip semiconduttori, seguito da fasi di assemblaggio e confezionamento. I chip confezionati vengono quindi testati per garantire la conformità alle specifiche per l'assemblaggio finale sulle schede a circuito stampato (PCB). La produzione di PCB è strettamente legata alla fase di confezionamento dei chip, poiché le schede supportano e collegano i componenti elettronici. Il processo di produzione delle PCB prevede fasi quali incisione, laminazione, perforazione, galvanizzazione, stampa serigrafica e litografia.
Fase 4: integrazione nel prodotto finale
I chip vengono integrati nel prodotto finale, ad esempio uno smartphone o un computer.
I processi di produzione dei wafer si evolvono continuamente grazie allo sviluppo di nuove tecnologie di produzione e alle innovazioni nelle scienze dei materiali, che consentono di ottenere progressi nelle applicazioni tecnologiche a valle dei chip semiconduttori. Sulla scia di tali innovazioni, l'intero ecosistema di produzione dei semiconduttori (cioè aziende di progettazione e fabless, fonderie, produttori di dispositivi integrati e fornitori di materiali) è coinvolto nella ricerca e nello sviluppo della nuova generazione di chip semiconduttori.
Quali sono le sfide più comuni nel workflow di produzione di semiconduttori?
La creazione di chip semiconduttori privi di difetti è fondamentale per il corretto funzionamento di prodotti e processi essenziali per la vita quotidiana, compresi i servizi pubblici e privati dell'economia globale. Gli obiettivi del settore dei semiconduttori sono:
Accuratezza
In ogni fase della produzione dei wafer, come la modellazione mediante fotolitografia, l'incisione e il drogaggio, è necessaria un'elevata precisione per ottenere le proprietà e la qualità desiderate per i prodotti finali.
Controllo qualità completo
Le fasi di produzione comportano un monitoraggio e un controllo qualità approfonditi con molteplici tecniche analitiche per soddisfare gli standard qualitativi richiesti per i chip semiconduttori. Anche il più piccolo difetto nei chip può comportare perdite di produttività, rendimento, operatività e fatturato.
Ad esempio, nella produzione front-end, la composizione dei bagni di pulizia e incisione e di altri prodotti chimici di lavorazione è della massima importanza per ottenere le proprietà desiderate dei wafer per le successive fasi di produzione.
Elevata efficienza e produttività
Nella nuova era della digitalizzazione, la domanda di dispositivi elettronici e chip semiconduttori è in aumento. Pertanto, la pressione sulla produttività del settore manifatturiera dei semiconduttori è elevata.
Sicurezza
Oltre alla produttività dei workflow di produzione, è importante anche garantire la sicurezza, soprattutto in considerazione dell'uso di sostanze chimiche potenzialmente pericolose, come le miscele di acidi forti per l'incisione o le soluzioni di pulizia con perossidi, nella produzione di chip.
Gestione e tracciabilità dei dati
Per ottenere la qualità desiderata per ogni chip, i cicli di produzione dei semiconduttori prevedono più fasi, processi, materiali e sostanze chimiche, analisi e utenti. Per una gestione efficace della qualità e della tracciabilità del workflow, è indispensabile disporre di un sistema di gestione degli utenti e dei dati.
Affidabilità degli strumenti
La produzione di semiconduttori richiede l'utilizzo di strumenti complessi e avanzati che comportano costi elevati, come i sistemi di litografia e gli strumenti per il trattamento chimico, nonché gli strumenti per il controllo qualità e il monitoraggio in loco. Garantire l'affidabilità e le prestazioni ed evitare i tempi di fermo è fondamentale per i cicli di produzione dei semiconduttori più esigenti.
Affrontare le problematiche ambientali
Il settore dei semiconduttori consuma moltissima acqua ed energia. Inoltre, a fronte della rapida crescita del settore, destano preoccupazioni le emissioni di gas serra e le acque reflue generate durante la produzione di chip, dato l'ampio uso di sostanze chimiche pericolose nel processo di produzione. Tuttavia, in risposta alle pressioni per rendere più ecologica la catena logistica, i maggiori produttori di chip si stanno impegnando per ridurre l'impatto ambientale, ad esempio passando a fonti di energia rinnovabile e a processi di riciclo-riutilizzo-recupero dell'acqua utilizzata durante la produzione.
Soluzioni per la produzione front-end
È la prima fase della produzione dei wafer, in cui un lingotto di silicio viene tagliato per ottenere wafer di silicio. I wafer sono sottoposti a diversi processi chimici e meccanici nelle fonderie e negli stabilimenti per ottenere la planarità e la qualità richieste. I wafer passano attraverso numerose fasi di lavorazione, come fotolitografia, incisione, pulizia e drogaggio per creare i vari componenti di un circuito integrato. La lavorazione a umido prevede una sequenza di passaggi come l'incisione, la pulizia e la lucidatura che impiegano diversi prodotti chimici speciali.
Controllo qualità di prodotti chimici di processo, bagni galvanici, di incisione e di pulizia
Monitoraggio efficiente e sicuro
Nelle fasi di produzione, galvanizzazione e lavorazione delle PCB dei wafer, è importante monitorare frequentemente i diversi bagni galvanici, di incisione e di pulizia. Se la concentrazione delle sostanze attive disciolte (acidi, basi, ioni) risulta inferiore a quella desiderata, è necessario un rabbocco tempestivo.
METTLER TOLEDO fornisce processi di titolazione automatica, calcoli dei risultati eseguiti da titolatori automatici, fasi di preparazione dei campioni e analisi delle serie di campioni indipendenti dall'operatore. Le soluzioni di titolazione Excellence, unite all'autocampionatore InMotion™, aumentano la produttività con un intervento minimo dell'operatore. La sicurezza operativa si raggiunge tramite il dosaggio automatico dei reagenti e lo smaltimento dei rifiuti, limitando così l'esposizione a sostanze chimiche pericolose. Il sistema automatico per la manipolazione dei coperchi CoverUp™ protegge gli operatori in modo semplice ed efficace dall'esposizione a solventi e fumi pericolosi.
Il processo di incisione mira a rimuovere selettivamente lo strato superiore sulla superficie del substrato. Una comune soluzione di incisione è composta da una miscela di acido fluoridrico e acido nitrico, oppure da una miscela di acido nitrico, acido fosforico e acido acetico. Poiché il tasso di incisione dipende principalmente sulla concentrazione di acido libero nella soluzione, è fondamentale monitorare regolarmente il contenuto di acido. Basi come idrossido di sodio e idrossido di potassio sono comunemente utilizzate nei bagni di pulizia o incisione alcalini; per monitorarne il contenuto, il metodo ideale è la titolazione.
Per una pulizia accurata tra le fasi di incisione o lucidatura, si utilizzano spesso miscele di perossido di idrogeno e tensioattivi non ionici. Per verificare l'efficacia delle soluzioni di pulizia, è necessario determinare la concentrazione di ingredienti attivi come perossidi o tensioattivi. È possibile scegliere la soluzione ottimale per il tensioattivo di interesse tra i diversi metodi disponibili per la titolazione dei tensioattivi.
Inoltre, è possibile automatizzare il monitoraggio nei pressi della linea di vari parametri come il contenuto di basi e acidi in un bagno galvanico. Il Liquid Handler DispenSix o la valvola di campionamento TV 6 automatizza l'aspirazione e il dosaggio dei campioni direttamente dal bagno; se combinato con un becher o un kit di prelievo InMotion™, consente inoltre di automatizzare i processi di campionamento, scarico e pulizia.
La qualità, la sicurezza dei dati e l'efficienza possono essere incrementate evitando errori di trascrizione. SmartSample™ integra il workflow in un'unica interfaccia sulla bilancia analitica Excellence. Il titolatore Excellence è in grado di leggere automaticamente tutte le informazioni dei campioni dal tag RFID del becher se l'autocampionatore InMotion™ è dotato del kit SmartSample. SmartChemicals consente di trasferire immediatamente i dati dai prodotti chimici per la titolazione al titolatore con una rapida scansione.
Controllo qualità semplice e rapido
Il controllo qualità preventivo sulle sostanze chimiche in ingresso è spesso necessario per evitare i rischi dovuti alla movimentazione manuale dei contenitori o all'impatto sulla qualità dovuto a guasti dei sistemi o degli strumenti esterni. La composizione irregolare dei prodotti chimici di lavorazione può portare a wafer di silicio di qualità inferiore, guasti agli strumenti e sprechi di materiali. È possibile effettuare un controllo rapido e semplice della concentrazione delle sostanze chimiche in ingresso determinando la densità e l'indice di rifrazione.
METTLER TOLEDO offre un'ampia gamma di soluzioni per la misura della densità e dell'indice di rifrazione con diversi livelli di automazione e opzioni di gestione dei dati a seconda dell'applicazione.
Forniamo soluzioni portatili e automatiche multiparametro per la misura dell'indice di rifrazione e della densità.
La misura dell'assorbanza a una lunghezza d'onda specifica consente una determinazione quantitativa rapida e accurata di vari analiti. Gli spettrofotometri UV/VIS METTLER TOLEDO presentano una struttura resistente e una lampada allo Xeno a lunga durata, in grado di garantire una scansione dell'intero spettro in pochi secondi senza tempi di riscaldamento. Si integrano perfettamente in un workflow analitico grazie all'ingombro ridotto sul banco di lavoro, alla modularità in base ai requisiti dell'applicazione, alla facilità di pulizia e all'interfaccia utente OneClick che consente di eseguire misure autonome e automatiche. Il software LabX™ per spettrofotometro UV/VIS offre svariate funzionalità di gestione dei dati per un flusso di lavoro del laboratorio sicuro. LabX è la soluzione METTLER TOLEDO per workflow integrati per le bilance analitiche XPR e gli spettrofotometri UV/VIS, che garantisce misure accurate e ripetibili e un workflow automatizzato grazie a una guida dettagliata.
Tra le applicazioni più interessanti nei workflow di produzione front-end citiamo la determinazione semplificata della concentrazione di acido nitrico mediante la misura dell'assorbanza a 300 nm per il nitrato o la determinazione quantitativa della concentrazione di ioni metallici come manganese, rame, oro, ecc. nelle soluzioni galvaniche.
Monitoraggio e ottimizzazione delle reazioni in situ
Le impurità e i residui derivanti da una pulizia non corretta possono influire sulle fasi di lavorazione a valle della produzione dei wafer e sulla qualità del prodotto finale. L'accurato monitoraggio in situ della qualità della pulizia e della composizione dei bagni di lavaggio può contribuire a evitare azioni correttive e costi extra.
Le sonde ReactIR™ e ReactRaman™ METTLER TOLEDO hanno un design solido e portatile, mentre One Click Analysis™ garantisce facilità di conversione dei dati di processo ottenuti. L'integrazione con la suite software iC omnicomprensiva consente di analizzare più a fondo i processi e utilizzare le informazioni ottenute per la ricerca e lo sviluppo, ottimizzando ulteriormente la composizione delle soluzioni di lavaggio e pulizia.
Preparazione e controllo qualità degli impasti per lucidatura chimico-meccanica (CMP)
Le miscele di impasti CMP contengono prodotti chimici sotto forma di particelle disperse e fasi liquide. L'accuratezza della pesata dei singoli componenti dell'impasto di lucidatura è fondamentale per evitare di danneggiare i wafer e i relativi strumenti di lavorazione. Le piattaforme PBK9/PFK9-APW consentono di pesare fino a 3.000 kg e possono essere facilmente integrate nei processi di pesata automatici, nonché impostate per compensare l'influenza degli agenti esterni che potrebbero condizionare i risultati. I moduli di pesata PowerMount™ sono ideali per pesare fino a 5.000 kg nelle applicazioni per la pesata di serbatoi: non solo garantiscono accuratezza e affidabilità elevate, ma consentono anche il monitoraggio delle condizioni, per darvi la certezza che le prestazioni del sistema soddisfino le vostre aspettative. Per trovare la soluzione di pesata più adatta ai processi con impasti, METTLER TOLEDO suggerisce di affidarsi alle Good Weighing Practice™ Recommendation (GWP®).
Durante il processo di lucidatura, è fondamentale monitorare la percentuale di solidi dispersi nella miscela di impasto in diverse fasi per garantire il grado di lucidatura ottimale. Per ottenere rapidamente il risultato desiderato, è possibile utilizzare un analizzatore di umidità. L'analizzatore di umidità alogeno HX204 è dotato di funzioni avanzate che assicurano facilità d'uso, gestione dei dati e degli utenti e processo decisionale immediato con limiti di regolazione personalizzabili. Grazie alla procedura guidata di sviluppo del metodo, è molto semplice definire un metodo efficace che consenta di ottenere gli stessi risultati del processo di riferimento con forno di essiccamento in un tempo inferiore, con conseguente aumento della produttività.
Il monitoraggio del pH e della conducibilità degli impasti CMP è estremamente importante per mantenere stabile l'impasto colloidale: è sufficiente selezionare il giusto misuratore di pH da banco a parametro singolo o multiparametro o un sistema automatizzato con opzioni di gestione dei dati e accessori, sensori e materiali di consumo adatti.
Il perossido di idrogeno (H2O2) è un ossidante chimico comunemente utilizzato nelle miscele di impasti CMP. L'efficienza della lucidatura dipende dal processo di ossidazione sul wafer di silicio. Per determinare la concentrazione di H2O2 in una soluzione utilizzata per produrre impasti si possono utilizzare molte tecniche, ad esempio la titolazione. In alternativa, la misura della densità o dell'indice di rifrazione offre un'analisi rapida, semplice e sicura che può essere facilmente eseguita con un densimetro e un rifrattometro da banco o con una soluzione portatile METTLER TOLEDO. Per ottenere una resa dei wafer conveniente e di alta qualità, è possibile controllare la qualità di una miscela di impasto CMP prima dell'utilizzo nelle applicazioni di lucidatura a valle, per garantire che la densità rientri in un intervallo predefinito.
Soluzioni per un'accurata misura in linea nella gestione del ciclo dell'acqua
In un tipico stabilimento di semiconduttori vengono utilizzati quotidianamente migliaia di metri cubi di acqua ultrapura per la pulizia, l'incisione e il risciacquo di wafer e substrati. L'accuratezza e l'affidabilità delle misure analitiche di processo sono essenziali per garantire che l'acqua ultrapura possa essere utilizzata nelle fasi di produzione dei chip e per ottimizzare l'impiego di acqua con l'obiettivo di massimizzare il recupero e il riciclo. Riconosciute da gruppi di esperti di tutto il mondo, le soluzioni di monitoraggio dell'acqua ultrapura METTLER TOLEDO Thornton garantiscono un'eccellente qualità dell'acqua utilizzata per la produzione dei chip. I nostri sensori UniCond™ e gli analizzatori 6000TOCi, 2850Si e 2300Na installati nei sistemi di acqua deionizzata rilevano le variazioni di resistività, TOC, silice e sodio con intervento minimo dell'operatore.
Pesata di wafer o chip
La pesata dei wafer negli stabilimenti e durante il controllo qualità può rappresentare una vera e propria sfida, in quanto spesso le postazioni di pesata si trovano nei pressi di strumenti da banco per ambienti umidi o in camere bianche. Date le condizioni difficili e le esigenze di produttività, le soluzioni di pesata devono essere resistenti e fornire misure stabili a velocità elevate. Le bilance analitiche XPR METTLER TOLEDO combinano una cella di carico ad alte prestazioni con una tecnologia di controllo attivo della temperatura e un piatto di pesata SmartGrid per garantire risultati rapidi e accurati. Lo SmartPan delle bilance di precisione XPR offre la stabilità necessaria per ottenere risultati di pesata fino a due volte più veloci rispetto a un piatto standard.
Gli accessori professionali, come gli ErgoClip per pesare i wafer in modo pratico e semplice, agevolano ulteriormente l'efficienza dei workflow nelle attività di produzione dei semiconduttori. Gli strumenti di connettività e gestione dei dati, come il software LabX, contribuiscono a garantire la conformità alle normative e la tracciabilità dei dati.
Test dei fotoresist nel processo litografico
I fotoresist sono materiali fotosensibili applicati sui chip e poi parzialmente esposti alla luce mediante una maschera modellata in un processo di fotolitografia per creare un circuito IC. La calorimetria a scansione differenziale (DSC) è un potente strumento per comprendere il comportamento fisico-chimico dei resist amplificati chimicamente (CAR, materiali fotoresist) e per ottimizzare il processo litografico. Una singola misura con le tecniche DSC a modulazione della temperatura (TMDSC) consente di ottenere informazioni sugli effetti termici associati al processo litografico, come evaporazione, reticolazione e temperatura di transizione vetrosa del materiale fotoresist.
Le microbilance XPR rappresentano una risorsa fondamentale per preparare campioni di pochi milligrammi per le misure della DSC. Le bilance XPR consentono di trasferire i risultati di pesata al software STARe con un solo clic. METTLER TOLEDO offre una soluzione completa per i workflow che comprende strumenti DSC, bilance, software e accessori, oltre a una vasta esperienza nelle applicazioni di micropesata e analisi termica.
Qualità delle acque reflue
L'acido fluoridrico utilizzato nelle soluzioni di incisione e nel processo di lucidatura durante la produzione di chip genera elevate concentrazioni di fluoruro negli effluenti del settore dei semiconduttori. Per rimuovere i potenziali contaminanti vengono spesso utilizzati processi quali la precipitazione, la flocculazione e la filtrazione. La precipitazione può avvenire con successo solo in un intervallo di pH ottimale; pertanto, il pH dell'effluente indica indirettamente se la concentrazione di contaminanti è inferiore a un certo limite. In alternativa, è possibile monitorare le acque reflue misurando direttamente la concentrazione di ioni con elettrodi ionoselettivi (ISE), ad esempio perfectION™ comb F per gli ioni fluoruro.
Soluzioni per la produzione back-end
In questa fase di assemblaggio e confezionamento, i singoli chip semiconduttori vengono tagliati dal wafer e confezionati in un contenitore. Nello step successivo di wire bonding, si utilizzano fili sottili per collegare il chip e il circuito esterno. Il processo include anche la verifica e l'ispezione finale dei circuiti integrati secondo gli standard e le normative.
Confezionamento e assemblaggio di chip semiconduttori
Reticolazione di resine epossidiche
Nel processo di confezionamento dei circuiti integrati si utilizzano resine epossidiche per fissare in modo sicuro lo stampo in silicio nel telaio di piombo. Per conoscere i tempi di stabilizzazione per un imballaggio ottimale, ottimizzare i processi e ridurre gli errori nel confezionamento dei chip, è possibile analizzare la cinetica del processo di reticolazione dei polimeri epossidici. Il software STARe offre l'opzione Model Free Kinetics (MFK) per prevedere il comportamento di reticolazione e vetrificazione di una resina epossidica.
Determinazione del diametro dei fili metallici nel wire bonding
Il wire bonding è la tecnica usata per la realizzazione di interconnessioni elettriche tra microchip o altri circuiti integrati e i substrati del chip mediante l'uso di fili sottili, e viene eseguito in condizioni di camera bianca. I metodi standard come l'ASTM-F205 prevedono la determinazione del diametro dei fili sottili utilizzati nel wire bonding mediante pesata. Le microbilance XPR sono ideali per l'uso in camera bianca, grazie all'ingombro ridotto e all'ergonomia della struttura a due terminali con posizionamento flessibile. L'elevata accuratezza delle microbilance XPR, unita agli opportuni accessori come il piatto di pesata per campioni tubolari, consente di pesare facilmente fili metallici molto sottili.
Le soluzioni per pesate accurate e ripetibili possono essere utilizzate per molte altre applicazioni, come la taratura dei sistemi di dosaggio della colla nella fase di confezionamento o la preparazione di campioni per tecniche di analisi quantitative come la titolazione e la DSC.
Soluzioni software per flussi di lavoro del laboratorio sicuri, tracciabili e senza soluzione di continuità
I software di laboratorio METTLER TOLEDO aumentano la velocità di elaborazione grazie alla raccolta elettronica e a un'efficace valutazione dei dati, facilitando l'automazione dei workflow e riducendo l'amministratore manuale grazie a una gestione delle risorse centralizzata. La connettività degli strumenti consente di controllare in modo semplice e da un'unica posizione centralizzata gli strumenti interconnessi. La semplicità di recupero dei dati del software di laboratorio supporta le esigenze di data integrity per le normative interne e la conformità esterna.
Il software di laboratorio LabX™ gestisce gli strumenti, le SOP e gli utenti. Inoltre, consente di aumentare la produttività grazie alla digitalizzazione, alla gestione elettronica dei dati e alla guida sul workflow per soddisfare gli standard normativi e le esigenze di data integrity con un'unica soluzione software. LabX connette in rete tutti i principali strumenti METTLER TOLEDO: bilance, titolatori, misuratori di pH, spettrofotometri UV/VIS, densimetri e rifrattometri, sistemi per la determinazione del punto di fusione e soluzioni di automazione.
Il software di analisi termica STARe Excellence è una potente piattaforma che collega i sistemi di analisi termica METTLER TOLEDO e consente modularità, flessibilità e automazione.
La suite software iC per reattori automatici e analisi in situ integra l'intero workflow sperimentale nei reattori di sintesi automatici e nelle analisi in situ, semplificando la visualizzazione dei dati di processo e l'interpretazione e la creazione di report dei risultati al fine di ottenere un quadro interconnesso e in tempo reale da ciascun esperimento, nonché di agevolare il processo decisionale in fase di ricerca e sviluppo per un'ulteriore ottimizzazione di processi e prodotti.
Offerte di assistenza tecnica per prestazioni affidabili
I servizi professionali METTLER TOLEDO coprono l'intero ciclo di vita del prodotto, a partire dalla scelta sicura dello strumento, da una corretta installazione e dalla formazione degli utenti per garantire un avvio ottimale grazie alla taratura iniziale e periodica. Inoltre, includono attività di verifica per garantire le prestazioni e l'affidabilità degli strumenti, assistenza per la conformità alle normative e ai regolamenti locali e globali e manutenzione preventiva per ridurre al minimo i rischi e prolungare la durata degli strumenti.
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Brochure sulle soluzioni analitiche Excellence per la produzione di semiconduttori
METTLER TOLEDO ha creato una brochure che offre una panoramica completa della nostra conoscenza analitica, unita all'offerta di software e servizi, per processi di produzione e analisi di laboratorio efficienti, sicuri e convenienti nel settore dei semiconduttori.
Soluzioni
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Pubblicazioni
Domande frequenti
Come viene utilizzata l'acqua nella produzione dei semiconduttori e qual è la quantità generalmente necessaria?
L'acqua svolge un ruolo importante nella produzione di semiconduttori, in quanto funge da solvente, refrigerante, agente detergente e strumento di gestione dei rifiuti. Per la pulizia della superficie dei wafer si utilizza l'acqua ultrapura, generalmente prodotta in loco negli stabilimenti. La produzione di semiconduttori consuma migliaia di metri cubi di acqua ultrapura al giorno. Secondo un recente sondaggio, il settore dei semiconduttori utilizza 1,7 milioni di metri cubi di acqua al giorno in tutto il mondo.
In considerazione del notevole consumo di acqua dolce e dell'ingente produzione di acque reflue del settore, uno dei fattori chiave per raggiungere lo sviluppo sostenibile nel settore dei semiconduttori è l'ottimizzazione dell'utilizzo di acqua. Le strategie di riciclo, recupero e riutilizzo dell'acqua potrebbero essere cruciali per i futuri sviluppi del settore dei semiconduttori.
In che misura deve essere controllata l'acqua ultrapura?
La resa dei wafer è sempre più importante per la redditività economica della produzione di circuiti integrati e, poiché la qualità dell'acqua ultrapura è un fattore che influisce in modo significativo, sono necessari dei controlli rigorosi. L'attuale larghezza di linea è compresa tra 5 e 7 nanometri, ma si riduce fino a 3 nanometri per alcuni produttori. L'acqua ultrapura deve quindi soddisfare i nuovi criteri di purezza consigliati.
SEMI F63 ha pubblicato le specifiche dell'acqua aggiornate:
- Resistività: 25 °C>18,18 MΩ - cm
- TOC: <1,0 ppb
- Particelle/ml: <0,3 a 0,05 μm
- Batteri in coltura: ≤1/100 ml
Per rilevare tracce di contaminanti a livelli di ppb, il monitoraggio in tempo reale è fondamentale per ridurre le perdite di prodotto ed evitare interruzioni della produzione.
È importante ridurre al minimo il livello di ossigeno disciolto nell'acqua ultrapura?
Sì. L'ossigeno disciolto nell'acqua ultrapura a livelli elevati è fonte di ossidazione per i wafer, con conseguente riduzione della resa. Pertanto, le varie fasi di risciacquo con acqua deionizzata richiedono misure rapide e accurate per mantenere estremamente bassi i livelli di ossigeno disciolto.
La riduzione dell'ossigeno disciolto contribuisce inoltre a mantenere elevata la resistività dell'acqua, fondamentale per le fasi di trattamento successive e per il controllo del processo di purificazione mediante deionizzazione ed elettrodeionizzazione continua.
Qual è l'impatto della silice nell'acqua ultrapura?
La silice che si asciuga sulle superfici dei circuiti integrati comporta diversi problemi di qualità, tra cui ridotta adesione della pellicola e resistenza di contatto. Pertanto, livelli di silice non conformi alle specifiche possono causare ritardi nel prodotto e perdite economiche mentre la fonte di contaminazione viene identificata e corretta.
Per limitare questo inconveniente, il livello di silice nell'acqua ultrapura deve essere monitorato continuamente nelle posizioni corrette e controllato fino a livelli minimi di ppb.
È possibile utilizzare la titolazione per monitorare il contenuto di acidi o basi nel processo galvanico direttamente dal bagno?
Sì, è possibile monitorarlo con i titolatori Excellence METTLER TOLEDO collegati a una valvola di campionamento TV6 o a un Liquid Handler DispenSix. Il processo di monitoraggio della concentrazione di acidi o basi può essere completamente automatizzato. La valvola di campionamento TV6 o il Liquid Handler DispenSix preleva automaticamente una quantità esatta di campione dal bagno galvanico e la trasferisce nel becher di prelievo. Il processo di determinazione non richiede interventi da parte dell'utente. Inoltre, la funzionalità "Pianificazione" del software LabX consente di avviare l'analisi secondo un programma con ripetizioni pianificate. Un esempio è disponibile in questa nota applicativa.
Qual è il metodo di analisi consigliato per determinare il contenuto d'acqua nei solventi utilizzati nella produzione dei semiconduttori?
La titolazione Karl Fischer è il metodo analitico comunemente utilizzato per determinare il contenuto d'acqua in un campione. La determinazione del contenuto di acqua può essere effettuata mediante il titolatore Karl Fischer (KF) METTLER TOLEDO. Abbiamo sviluppato diverse note applicative per la determinazione dell'acqua nei solventi.
In che modo le bilance analitiche XPR METTLER TOLEDO supportano i workflow di titolazione?
A completamento della soluzione, le bilance analitiche XPR METTLER TOLEDO consentono di pesare i campioni di titolazione in modalità wireless. Grazie alla tecnologia RFID, la soluzione SmartSample™ garantisce un'interazione perfetta tra titolatori Titration Excellence e bilance analitiche Excellence. Il trasferimento automatico dei dati previene gli errori e consente di risparmiare tempo prezioso.
Come è possibile determinare la stabilità e la purezza dei prodotti chimici e dei materiali di lavorazione nella produzione di semiconduttori utilizzando la spettrofotometria UV/VIS?
La spettrofotometria UV/VIS può essere utilizzata nei processi di produzione dei semiconduttori in diversi modi:
Determinazione di stabilità/degradazione/durata di conservazione: determinando l'assorbanza di una soluzione a specifiche lunghezze d'onda, è possibile determinarne la stabilità. Se l'assorbanza cambia in modo significativo nel tempo, la soluzione potrebbe risultare instabile e a rischio di degradazione. Queste informazioni possono essere utilizzate per determinare le migliori condizioni di conservazione della soluzione e garantirne la stabilità per il massimo periodo di tempo.
Identificazione delle impurità: la spettrofotometria UV/VIS può essere utilizzata per identificare impurità specifiche confrontando gli spettri di assorbanza di un campione con quelli di un materiale di riferimento. È possibile identificare tali impurità in base alle differenze di assorbanza tra le due sostanze. In alternativa, si può generare una curva di taratura determinando l'assorbanza di una serie di materiali di riferimento con concentrazioni note di impurità. La curva può quindi essere utilizzata per determinare la concentrazione di impurità nel materiale semiconduttore in base alla sua assorbanza. Nel complesso, la spettrofotometria UV/VIS fornisce informazioni preziose sulla concentrazione di impurità nei prodotti chimici/materiali di lavorazione, che possono essere utilizzate per controllare e ottimizzare la qualità dei prodotti finali.