Controle de carbono orgânico total eficiente em água de semicondutores
A fabricação de chips semicondutores é um dos processos mais complexos e precisos do mundo e requer um ambiente extremamente limpo, com água ultrapura (UPW) como um componente crítico em todas as etapas de fabricação dos wafers. A UPW usada na fabricação de semicondutores é até 1.000 vezes mais limpa do que a água usada em outras indústrias, como produtos farmacêuticos e de dispositivos médicos, tornando-a uma das águas mais puras do planeta.
Com os avanços contínuos em inteligência artificial, veículos semiautônomos e elétricos e outras tecnologias, a demanda por chips semicondutores nunca foi tão alta. De acordo com a Associação da Indústria de Semicondutores, as vendas globais atingiram US$ 46,2 bilhões em fevereiro de 2024, um aumento de 16,3% no ano a ano.
Empresas em todo o mundo precisam cada vez mais de semicondutores de melhor desempenho. Fabricá-los não é tarefa fácil e requer rigoroso controle de processo e monitoramento de contaminação da UPW.
Um dos parâmetros-chave para monitorar a pureza da UPW e a eficácia do processo é o carbono orgânico total (COT), que mede a concentração de contaminantes orgânicos. Embora o carbono orgânico ocorra em todas as fontes naturais de água, ele afeta significativamente os processos de fabricação de semicondutores, levando a defeitos, produção reduzida e, potencialmente, até mesmo paradas completas da produção, que podem custar US$ 125.000 por hora. O monitoramento da contaminação orgânica ajuda a proteger a qualidade dos chips e fornece um excelente ponto de controle para o gerenciamento geral do processo de UPW. À medida que a tecnologia de semicondutores avança, com tamanhos de recursos menores e projetos mais complexos, a tolerância à contaminação por COT se torna ainda mais rígida, fazendo do controle efetivo de COT uma prioridade para os fabricantes de semicondutores.
Na indústria de semicondutores, os níveis de COT necessários em UPW estão tipicamente na faixa baixa de partes por bilhão (ppb), com alguns processos críticos exigindo concentrações de COT abaixo de uma ppb. O Roteiro Internacional para Dispositivos e Sistemas publica periodicamente atualizações sobre esses valores limite. Os níveis ultrabaixos são impulsionados pela necessidade de minimizar defeitos e manter altos rendimentos, e não pela conformidade regulatória, como em outros setores.
Dada a importância crítica do controle de COT na fabricação de semicondutores, os fabricantes precisam entender profundamente os riscos e os desafios associados à contaminação por COT, e as estratégias e tecnologias mais eficazes para manter níveis ultrabaixos de COT em seus sistemas de UPW.
Riscos de não controlar o COT
Os chips semicondutores incluem funções de nível molecular, portanto, a precisão é crucial no monitoramento de contaminantes como o COT. Em processos avançados de litografia, mesmo níveis de traços de compostos orgânicos podem interferir nas reações químicas envolvidas na padronização da superfície do wafer, levando a defeitos e perda de produção.
Os compostos nitrogenados orgânicos (um tipo específico de compostos orgânicos que fazem parte do COT) são onipresentes no meio ambiente e podem entrar nos sistemas UPW por meio de várias fontes, incluindo água da fonte, aditivos químicos e até contaminantes transportados pelo ar. Esses compostos existem em águas da fonte em todo o mundo, e são especialmente prevalentes onde as atividades agrícolas e industriais locais são altas. Compostos orgânicos contendo nitrogênio, como a ureia, são particularmente difíceis de remover dos sistemas UPW e podem ser difíceis de detectar com o uso de tecnologias convencionais de monitoramento de COT. Atualmente, à medida que mais ênfase é dada aos esforços de reciclagem e recuperação em sistemas UPW de fabricação, o controle efetivo da ureia e de outros contaminantes ditos recalcitrantes torna-se ainda mais crítico, pois essas concentrações podem se amplificar no sistema ao longo do tempo.
Tecnologias tradicionais de monitoramento de COT, como as baseadas em medições diretas de condutividade, são frequentemente inadequadas para detectar compostos nitrogenados orgânicos na UPW. Essas tecnologias muitas vezes não respondem à presença desses contaminantes, levando a falsos negativos e a uma falsa sensação de segurança para os fabricantes de semicondutores. No entanto, o monitoramento avançado de COT usando tecnologia condutométrica de membrana é um método comprovado para medir com precisão compostos orgânicos de nitrogênio e fornecer dados confiáveis de COT para controle de processo*.
Além de adotar tecnologias avançadas de monitoramento de COT, os fabricantes de semicondutores devem implementar boas práticas para prevenir e remover compostos orgânicos de nitrogênio de seus sistemas de UPW. Isso pode incluir a otimização de processos de purificação de água, como osmose reversa e troca iônica, para remover efetivamente esses contaminantes, e a implementação de protocolos rigorosos de seleção e manuseio de materiais para minimizar a introdução de compostos nitrogenados orgânicos no sistema de UPW.
Medição de COT com falsos positivos
Todas as águas naturais contêm sais dissolvidos em várias concentrações que se dissociam na água para formar íons carregados, como cloretos, brometos, fluoretos, sulfitos, sulfatos, nitritos e nitratos. Íons inorgânicos como esses também são introduzidos na UPW por algumas etapas do processo nas fábricas de semicondutores e devem ser controlados para evitar efeitos adversos resultantes do processamento e perda de rendimento do produto. Ao usar tecnologia de condutometria direta, a presença desses contaminantes iônicos inorgânicos pode levar a medições de COT com resultados falsos positivos. A membrana semipermeável usada em dispositivos condutométricos de membrana efetivamente previne essas medições de COT com resultados falsos e, portanto, oferece controle superior do processo de COT em relação a dispositivos condutométricos diretos.
Qualquer medição com resultado falso negativo ou falso positivo da tecnologia condutométrica direta cria um risco que os fabricantes não podem se dar ao luxo de tomar.
Como a Veolia resolve os desafios de COT
A Veolia oferece uma ampla gama de soluções para ajudar os fabricantes de semicondutores a manter níveis ultrabaixos de COT em seus sistemas de UPW. Com décadas de experiência atendendo à indústria de semicondutores, a Veolia desenvolveu profundo conhecimento em tratamento de UPW e monitoramento de COT, permitindo que nossos especialistas forneçam soluções personalizadas que atendam aos rigorosos requisitos de processos avançados de fabricação de semicondutores.
No centro das soluções de monitoramento de COT da Veolia para a indústria de semicondutores estão os analisadores de COT Sievers M9e e M500e. Esses analisadores de última geração utilizam tecnologia condutométrica de membrana avançada para fornecer medições precisas e confiáveis de COT até partes por trilhão (ppt). O design baseado em membrana dos analisadores Sievers permite que eles detectem uma ampla gama de contaminantes orgânicos, incluindo compostos críticos de nitrogênio orgânico, como ureia, assegurando que os fabricantes de semicondutores tenham uma visão completa da qualidade da UPW.
Ao fornecer medições de COT precisas e sensíveis, os analisadores Sievers permitem que os fabricantes de semicondutores mantenham um controle rígido sobre a qualidade da UPW e minimizem o risco de interrupções no processo devido à contaminação por COT. Além de fornecer equipamentos avançados de monitoramento de COT, a Veolia trabalha em estreita colaboração com fabricantes de semicondutores para otimizar todo o processo de tratamento de UPW para ter um controle eficaz de COT. Entre em contato com nossos especialistas hoje mesmo para saber como podemos ajudar a resolver os desafios mais difíceis na remoção de COT do processo de fabricação de semicondutores.
*J. Rydzewski, "Identification of Critical contaminants by applying an understanding of different TOC measuring technologies". Apresentação de Instrumentos no Fórum Executivo na Wafertech 2001, Portland, Oregon, 4-5 de dezembro de 2001.
