Produzione di chip semiconduttori: l’importanza del monitoraggio del TOC nell’acqua ultrapura (UPW)
L’acqua ultrapura (UPW) è un liquido di elevata purezza, trattato secondo specifiche estremamente restrittive per garantire standard di inquinamento molto stringenti. Il processo prevede la combinazione di metodi fisici, chimici e biologici che permettono di garantire la rimozione di tutte le impurità. Questo prodotto ad elevata purezza viene largamente utilizzato in molti contesti industriali, come quello dell’elettronica, dei prodotti farmaceutici e dei semiconduttori.
La produzione di chip semiconduttori è un processo di elevata complessità e precisione, dove è necessario un consumo intensivo di acqua ultrapura per la produzione e pulizia dei wafer. Basti pensare che l’UPW utilizzata nella produzione di semiconduttori è fino a 1.000 volte migliore rispetto all’acqua usata in altri settori, come ad esempio quello farmaceutico.
Negli ultimi quattro decenni, l’industria elettronica ha incrementato in modo esponenziale il numero di circuiti incisi sui chip di silicio, basti pensare che solo nel mese di febbraio 2024 si registra un aumento nelle vendite del 16.3% rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente. Questo aumento nella domanda di chip semiconduttori è sicuramente legato ai continui progressi dell’intelligenza artificiale e ai veicoli semi-autonomi ed elettrici.
Ne consegue una sempre maggiore necessità produttiva con la necessità di controlli rigorosi dei processi e un monitoraggio della contaminazione dell’UPW costante.
Utilizzo dell’acqua ultrapura nella produzione di semiconduttori
Qui di seguito abbiamo schematizzato alcune lavorazioni che richiedono l’utilizzo di UPW
- Controllo della Contaminazione: Controllo della contaminazione nel processo di produzione dei semiconduttori. Anche piccole quantità di impurità nell’acqua possono causare difetti nei prodotti finiti, riducendo la resa e la qualità.
- Cntrollo del Processo: Controllo dei parametri del processo durante la produzione. Le proprietà dell’acqua, come la sua resistività e il pH, possono avere un impatto significativo sulle prestazioni e l’affidabilità dei dispositivi.
- Pulizia: Pulizia dei i wafer semiconduttori e altri componenti durante il processo di produzione. L’elevata purezza dell’acqua assicura che non ci siano contaminanti residui sulla superficie dei componenti.
- Incisione: Incisione, dove la purezza dell’acqua assicura che non si formino reazioni indesiderate o sottoprodotti durante il processo di incisione.
Monitoraggio del TOC: un parametro chiave
Uno dei parametri chiave per il monitoraggio della purezza dell’UPW è il carbonio organico totale (TOC), che misura la concentrazione di contaminanti organici. Sebbene il carbonio organico sia presente in tutte le fonti naturali di acqua, influisce significativamente sui processi di produzione dei semiconduttori. Nei processi avanzati di litografia, anche piccole tracce di composti organici possono interferire con le reazioni chimiche coinvolte nella modellatura della superficie del wafer, portando a difetti e perdita di resa. I livelli di TOC richiesti nell’UPW sono tipicamente nell’intervallo di pochi parti per miliardo (ppb) e in alcuni processi critici vengono richieste concentrazioni di TOC inferiori a un ppb.
Soluzioni strumentali
Al centro delle soluzioni di monitoraggio del TOC per l’industria dei semiconduttori ci sono gli analizzatori Multi NC di Analytik Jena. In particolare, l’analizzatore Multi NC 4300 UV di Analytik Jena è uno strumento utilizzato per misurare la concentrazione di carbonio organico nei campioni di acqua ultrapura. Questi analizzatori sono comunemente utilizzati nelle industrie per la produzione di semiconduttori, di prodotti farmaceutici e per la generazione di energia.
Lo strumento funziona mediante ossidazione a umido con radiazione UV, con rilevazione del segnale del carbonio tramite detector NDIR. Il Multi NC 4300 UV utilizza due lunghezze d’onda, 254 e 185 nm, garantendo la completa ossidazione anche dei composti organici più stabili.
Fornendo misure di TOC accurate e sensibili, gli analizzatori Analytik Jena permettono ai produttori di semiconduttori di mantenere un controllo rigoroso sulla qualità dell’UPW e di minimizzare il rischio di interruzioni del processo dovute alla contaminazione del TOC.
