La produzione di semiconduttori è spietata in termini di precisione. Con la riduzione al minimo dei transistor e l'aumento dei circuiti, anche livelli minimi di variazione ambientale possono causare difetti, perdite di resa o affidabilità finale. Indubbiamente, l'aspetto più importante e trascurato di un processo privo di difetti è il controllo dell'umidità. Le massime prestazioni non si basano solo su apparecchiature all'avanguardia per camere bianche a semiconduttori, ma anche su pratiche di deumidificazione delle camere bianche a semiconduttori scrupolosamente perfezionate con attenzione a specifici parametri di processo.

Il ruolo dell'umidità nella produzione di semiconduttori

L'umidità non è solo un lusso: è un fattore importante negli impianti di produzione di semiconduttori. Un'umidità incontrollata comporta i seguenti rischi:

• Ossidazione delle superfici sensibili dei wafer
• Scariche elettrostatiche (ESD), soprattutto in condizioni di bassa umidità
• Contaminazione da particelle tramite adesione al vapore acqueo
• Corrosione causata dall'umidità durante le fasi di imballaggio e collaudo

Poiché oggi i dispositivi a semiconduttore vengono prodotti su scala nanometrica, questi rischi aumentano. Pertanto, il controllo dell'umidità nei semiconduttori non è semplicemente una buona idea, ma un imperativo tecnico.

Comprendere la camera bianca dei semiconduttori

Gli stabilimenti di produzione di semiconduttori, o fab, sono costruiti con livelli di particelle sospese nell'aria, fluttuazioni di temperatura e umidità estremamente bassi. Le camere bianche sono classificate in base al numero e al diametro accettabili di particelle per metro cubo secondo la classificazione ISO o la norma federale 209E.

In questo ambiente, le apparecchiature per camere bianche a semiconduttore non solo regolano il flusso d'aria e la filtrazione, ma stabilizzano anche temperatura e umidità. L'integrazione dei sistemi per camere bianche deve garantire l'armonizzazione dei parametri ambientali. Ciò è particolarmente vero in operazioni delicate come la litografia, la deposizione chimica da vapore (CVD) e l'incisione.

Apparecchiature critiche per camere bianche a semiconduttore per il controllo ambientale

Le fabbriche moderne utilizzano diverse apparecchiature ad alte prestazioni per monitorare le condizioni ambientali. Per il controllo della purezza dell'aria e dell'umidità, le seguenti apparecchiature sono particolarmente importanti:

• Filtri HEPA e ULPA: rimuovono particelle sospese nell'aria fino a 0,12 micron, garantendo la pulizia dell'aria e il controllo dell'umidità grazie a modelli di flusso d'aria stabili.
• Sistemi HVAC per camere bianche: sistemi specializzati di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria sono specificamente progettati per le singole aree della camera bianca.
• Sistemi di monitoraggio ambientale: sempre attenti a umidità, temperatura e particolato atmosferico, con avvisi in tempo reale e registrazione dei dati.
• Unità di deumidificazione: integrate nella maggior parte dei casi nei sistemi HVAC, rappresentano i fattori chiave per il raggiungimento di punti di rugiada estremamente bassi nelle zone ad alta sensibilità.

Tutte le apparecchiature per la camera bianca dei semiconduttori devono essere progettate in modo da richiedere poca manutenzione, essere compatibili e affidabili per garantire tempi di attività e stabilità del processo.

Tecniche avanzate di deumidificazione delle camere bianche dei semiconduttori

La regolazione ottimale dell'umidità nelle camere bianche per semiconduttori rappresenta una sfida tecnologica, soprattutto quando l'umidità ambientale presenta un punto di rugiada elevato o molto basso, che richiede l'impiego di impianti (fino a -40 °C o addirittura -60 °C). È qui che entra in gioco la tecnologia di deumidificazione per camere bianche per semiconduttori.

Le tecniche di deumidificazione impiegate sono:

• Deumidificatori essiccanti: utilizzano materiale igroscopico per essiccare l'aria e sono ideali per applicazioni a bassa umidità relativa.
• Deumidificatori a refrigerazione: raffreddano l'aria per trasportare l'acqua, ideali per soddisfare le esigenze generali di controllo dell'umidità.
• Sistemi ibridi: essiccante e refrigerazione vengono miscelati per un funzionamento efficace in condizioni di controllo rigoroso.

I sistemi sono spesso costruiti con capacità di suddivisione in zone, in cui le singole zone della camera bianca possono avere diversi livelli di umidità a seconda della fase del processo e della sensibilità delle apparecchiature.

Vantaggi del controllo integrato dell'umidità dei semiconduttori

Un metodo di controllo dell'umidità basato su semiconduttori integrati presenta diversi vantaggi operativi:

• Resa migliorata: un'umidità costante previene i difetti di umidità e garantisce una maggiore quantità di trucioli utilizzabili.
• Tempi di inattività ridotti: i sistemi di controllo ambientale automatizzati riducono al minimo assoluto gli interventi manuali e il debug.
• Conformità e certificazione: la conformità alla certificazione ISO 14644 o GMP diventa più semplice grazie agli eccellenti sistemi di controllo in funzione.
• Efficienza energetica: i sistemi di deumidificazione avanzati possono essere efficienti dal punto di vista energetico e al contempo controllati entro limiti rigorosi.

Inoltre, con le fabbriche automatizzate e guidate dall'intelligenza artificiale, i sistemi di controllo dell'umidità vengono integrati in altri sistemi, come i sistemi di esecuzione della produzione (MES) e i sistemi di gestione degli edifici (BMS), per essere controllati centralmente e abilitati alla manutenzione predittiva.

Conclusione

Il controllo dell'umidità durante la produzione di semiconduttori non è altro che una questione secondaria: è un fattore intrinseco che favorisce qualità, coerenza e redditività. Utilizzando tecnologie avanzate per camere bianche e appropriati metodi di deumidificazione, le fabbriche possono raggiungere le tolleranze precise richieste per la produzione di chip di nuova generazione.

Adottando sistemi di controllo dell'umidità a semiconduttore integrati, intelligenti e a basso consumo energetico, vi ponete nella posizione di soddisfare le crescenti esigenze di mercati che spaziano dall'intelligenza artificiale e dall'IoT all'automotive e all'aerospaziale. In un mondo in cui un micron è cruciale, l'ambiente che create lo è ancora di più.