À l’heure du numérique, les appareils se doivent d’être puissants, compacts, rapides et intelligents pour effectuer des tâches et exécuter des processus de manière efficace et fluide. Les semi-conducteurs, qui confèrent des capacités informatiques et améliorent les performances des appareils électroniques, sont la pierre angulaire de la plupart des applications et des dispositifs technologiques modernes. L’augmentation de la demande pour ces appareils entraîne une croissance rapide de l’industrie des semi-conducteurs, porteuse d’innovations technologiques pour leur fabrication.
En quoi consiste la fabrication de semi-conducteurs ?
La fabrication de semi-conducteurs mobilise des procédés pour créer des circuits intégrés (CI) aux composants divers – diodes, résistances, transistors, etc. – sur une tranche de semi-conducteur. Les tranches, ou plaquettes, sont ensuite découpées en circuits intégrés individuels, puis conditionnées et intégrées pour obtenir le produit final. Une tranche semi-conductrice est constituée d’éléments purs, généralement du silicium. Selon l’application, la fabrication des tranches implique parfois d’autres éléments ou matériaux, tels que le germanium ou l’arséniure de gallium. La fabrication de plaquettes est un procédé technologiquement avancé dont chaque étape nécessite une haute précision. Elle requiert ainsi un équipement spécialisé et un environnement de salle blanche.
Le procédé de fabrication des semi-conducteurs
Étape 1 : Conception
Des entreprises de conception indépendantes ou sans unités de production, ainsi que des fabricants de composants électroniques, se chargent de concevoir les puces semi-conductrices.
Étape 2 : Fabrication initiale
Également appelée fabrication de tranches, il s’agit d’une étape cruciale dans l’industrie des semi-conducteurs, où se déroulent toutes les étapes initiales de la création de divers composants individuels des circuits intégrés. La fabrication commence par le découpage d’un lingot de silicium pur en disques/tranches. Les tranches sont ensuite polies pour obtenir une finition irréprochable, puis des motifs complexes sont gravés sur celles-ci pour former, après plusieurs étapes complexes et avancées, un circuit intégré.
Étape 3 : Fabrication finale
Lors de la fabrication finale, les tranches de silicium sont découpées avec précision pour former des microplaquettes/puces semi-conductrices individuelles. Le procédé se conclut ensuite par des opérations d’assemblage et de conditionnement. Les puces conditionnées sont testées pour s’assurer qu’elles répondent aux spécifications pour l’assemblage final sur des cartes de circuits imprimés. Leur production est étroitement liée à l’étape de conditionnement de la fabrication des puces, car les circuits imprimés maintiennent et relient les composants électroniques. Le processus de fabrication des circuits imprimés comprend des étapes telles que la gravure, le laminage, le perçage, la galvanoplastie, la sérigraphie et la lithographie.
Étape 4 : Intégration au produit final
Les puces sont intégrées au produit final, comme un smartphone ou un ordinateur.
Les procédés de fabrication des tranches évoluent en permanence avec le développement de nouvelles technologies de fabrication et les innovations en sciences des matériaux, qui répondent aux progrès des applications technologiques en aval pour les puces à semi-conducteurs. À la suite de ces innovations, l’écosystème de fabrication de semi-conducteurs (c.-à-d. les entreprises de conception et de fabrication sans usines, les usines/fonderies, les fabricants de dispositifs intégrés et les fournisseurs de matériaux) est impliqué dans la recherche et le développement de la nouvelle génération de puces à semi-conducteurs.
Quels sont les défis caractéristiques au cours du procédé de fabrication de semi-conducteurs ?
La création de puces à semi-conducteurs sans défauts est indispensable au bon fonctionnement des produits et des procédés essentiels à la vie quotidienne, y compris les services privés et publics dans l’économie mondiale. L’industrie des semi-conducteurs met l’accent sur les éléments suivants :
Précision
À chaque étape de la fabrication d’une tranche, comme la structuration photolithographique, la gravure et le dopage, une haute précision est nécessaire pour obtenir les propriétés et la qualité souhaitées pour les produits finaux.
Contrôle qualité approfondi
Les étapes de fabrication impliquent une surveillance et un contrôle qualité exhaustifs, comprenant plusieurs techniques d’analyse pour répondre aux normes de qualité requises pour les puces à semi-conducteurs. Le moindre défaut des puces peut entraîner des pertes de productivité, de rendement, de disponibilité et de revenus.
Dans le cadre de la fabrication initiale, par exemple, la composition des bains de nettoyage et de gravure ainsi que d’autres produits chimiques de traitement est de la plus haute importance pour que les tranches présentent les propriétés souhaitées pour les étapes de fabrication ultérieures.
Haute efficacité et rendement élevé
Dans cette nouvelle ère numérique, la demande d’appareils électroniques et de puces à semi-conducteur augmente. Ainsi, les fabricants de semi-conducteurs sont soumis à une forte pression en matière de productivité.
Sécurité
En parallèle des questions de productivité, la sécurité des processus de fabrication est également importante. La production de puces nécessite en effet l’utilisation de produits chimiques potentiellement dangereux, tels que des mélanges d’acides forts pour la gravure ou des solutions de nettoyage contenant des peroxydes.
Gestion des données et traçabilité
Pour que chaque puce présente la qualité souhaitée, les cycles de fabrication des semi-conducteurs mobilisent de multiples étapes, procédés, matériaux, produits chimiques, analyses et utilisateurs. Pour une gestion efficace de la qualité et une traçabilité des flux de travail, il est impératif de disposer d’un système de gestion des données et des utilisateurs.
Fiabilité de l’équipement
La fabrication de semi-conducteurs nécessite l’utilisation d’équipements complexes et avancés aux coûts élevés, tels que des systèmes de lithographie et des dispositifs de traitement chimique, ainsi que du matériel de contrôle qualité et de surveillance sur site. Garantir la fiabilité et les performances de cet équipement tout en évitant les temps d’arrêt est indispensable pour les cycles exigeants de fabrication de semi-conducteurs.
Prise en compte des préoccupations environnementales
L’industrie des semi-conducteurs consomme beaucoup d’eau et d’énergie. De plus, sa croissance rapide soulève des préoccupations concernant les émissions de gaz à effet de serre (GES) et les eaux usées générées lors de la fabrication des puces, compte tenu de l’utilisation intensive de produits chimiques dangereux dans le processus de fabrication. Cependant, en réponse aux attentes pour une chaîne d’approvisionnement plus écologique, les grands fabricants de puces électroniques s’efforcent de réduire leur impact environnemental, p. ex. en passant aux énergies renouvelables et aux procédés de recyclage-réutilisation-récupération de l’eau utilisée lors de la fabrication.
Solutions pour les procédés de fabrication initiale
Il s’agit de la première étape de la fabrication d’une tranche, au cours de laquelle un lingot de silicium est découpé pour obtenir des plaquettes de silicium. Dans les fonderies et les usines de fabrication, les plaquettes sont soumises à plusieurs processus chimiques et mécaniques pour obtenir la planéité et la qualité souhaitées. Leur transformation se fait en plusieurs étapes, telles que la photolithographie, la gravure, le nettoyage et le dopage, pour finalement créer les différents composants d’un circuit intégré. Une série d’étapes de traitement par voie humide (gravure, nettoyage, polissage, etc.) mobilise une variété de produits chimiques spécialisés.
Contrôle qualité des produits chimiques industriels ainsi que des bains de gravure, de placage et de nettoyage
Surveillance efficace et sûre
Lors de la fabrication de plaquettes, de la galvanoplastie et du traitement des circuits imprimés, il est important de surveiller régulièrement les différents bains de placage, de gravure et de nettoyage. Si la concentration des substances actives dissoutes (acide, base, ions) devient inférieure à celle souhaitée, alors il faut réapprovisionner en temps et en heure.
METTLER TOLEDO propose un processus de titrage automatisé, des calculs de résultats effectués par des titrateurs automatiques, des étapes de préparation d’échantillon et une analyse autonome de séries d’échantillons. Les solutions de titrage Excellence, connectées à l’échantillonneur automatique InMotion™, augmentent le rendement avec une intervention minimale de l’opérateur. La sécurité opérationnelle est assurée grâce à la distribution automatique des solutions et à l’élimination des déchets, limitant ainsi l’exposition aux produits chimiques dangereux. CoverUp™, le manipulateur de couvercles pour échantillons automatisé, protège les opérateurs des solvants et des fumées dangereuses.
Le processus de gravure vise à éliminer de manière sélective la couche supérieure à la surface du substrat. Une solution de gravure est généralement constituée d’un mélange d’acide fluorhydrique et nitrique, ou d’un mélange d’acide nitrique, phosphorique et acétique. Étant donné que la vitesse de gravure dépend principalement de la concentration d’acide libre dans la solution, il est essentiel de surveiller régulièrement cette teneur. Les bains alcalins de nettoyage ou de gravure emploient généralement des bases telles que la soude et la potasse : le titrage est alors la méthode de référence pour surveiller leur teneur.
Pour un nettoyage en profondeur entre les étapes de gravure ou de polissage, des mélanges de peroxyde d’hydrogène et de tensioactifs non ioniques sont souvent utilisés. Afin de vérifier l’efficacité des solutions de nettoyage, il convient de déterminer la concentration des ingrédients actifs tels que le peroxyde ou le tensioactif. Pour un titrage judicieux de l’agent tensioactif, plusieurs méthodes sont disponibles.
Il est possible d’automatiser la surveillance en ligne de divers paramètres, tels que les teneurs en bases et en acides dans un bain de galvanoplastie. Le manipulateur de liquides DispenSix ou la vanne d’échantillonnage TV 6 automatise l’aspiration et la distribution des échantillons directement depuis le bain. Les processus d’échantillonnage, de vidange et de nettoyage peuvent également être automatisés par association avec un bécher d’échantillonnage ou un kit Aliquote InMotion™.
Éviter les erreurs de transcription permet d’optimiser la qualité, la sécurité des données et l’efficacité. SmartSample™ intègre le procédé dans une seule interface sur la balance analytique Excellence. Lorsque l’échantillonneur automatique InMotion™ est équipé du kit SmartSample, le titrateur Excellence est capable de lire automatiquement toutes les données d’échantillon présentes sur l’étiquette RFID du bécher. D’un scan rapide, SmartChemicals assure le transfert instantané des données présentées sur les produits chimiques vers le titrateur.
Contrôle qualité rapide et facile
Le contrôle qualité préventif des produits chimiques reçus est souvent nécessaire pour réduire les risques liés à la manipulation des récipients, ainsi que les défaillances externes des systèmes ou des équipements susceptibles d’affecter la qualité. Si les produits chimiques de traitement sont de piètre composition, cela peut dégrader la qualité des tranches de silicium, provoquer des défaillances de l’équipement et conduire au gaspillage des ressources. Il est possible de vérifier rapidement et facilement la concentration des produits chimiques reçus en mesurant la masse volumique et l’indice de réfraction.
METTLER TOLEDO propose toute une gamme de solutions de mesure de la masse volumique et de l’indice de réfraction, qui offrent de nombreuses possibilités d’automatisation et de gestion des données selon l’application.
Nous proposons des solutions portables ou automatisées multiparamètres pour les mesures de l’indice de réfraction et de la masse volumique.
Il est possible d’obtenir une détermination quantitative rapide et précise de divers analytes en mesurant l’absorbance à une longueur d’onde spécifique. Les UV Vis spectrophotomètres proposés par METTLER TOLEDO sont dotés d’une conception robuste et d’une lampe au xénon longue durée, qui assurent une analyse du spectre complet en une seconde sans temps de préchauffage. Ils s’intègrent parfaitement dans un procédé analytique en alliant un faible encombrement sur la paillasse, une modularité en fonction des exigences de l’application, un nettoyage facile et une interface utilisateur OneClick qui permet des mesures autonomes et automatisées. LabX™ pour UV Visible offre diverses possibilités de gestion des données pour un flux de travail en laboratoire sécurisé. METTLER TOLEDO propose une solution de flux de travail intégrée pour les balances analytiques XPR et les uv vis spectrophotomètres via LabX, garantissant des mesures précises et reproductibles ainsi qu’un procédé automatisé avec des conseils à chaque étape.
Parmi les applications pertinentes pour les flux de travail de fabrication initiale, citons la détermination facile de la concentration d’acide nitrique par mesure de l’absorbance à 300 nm pour le nitrate, ou la détermination quantitative de la concentration en ions métalliques comme le manganèse, le cuivre, l’or, etc., dans les solutions de galvanoplastie.
Suivi et optimisation des réactions in situ
Les impuretés et les résidus résultant d’un nettoyage inapproprié peuvent avoir un impact sur les étapes de traitement en aval de la fabrication des plaquettes et sur la qualité du produit final. La surveillance précise in situ de la qualité du nettoyage et de la composition du bain de lavage permet d’éviter les mesures correctives et les coûts qui y sont associés.
Les sondes ReactIR™ et ReactRaman™ de METTLER TOLEDO sont robustes et portables. One Click Analytics™ permet de convertir facilement les données de procédé obtenues. Une intégration plus poussée avec une suite logicielle iC globale offre une compréhension approfondie du procédé, qui peut être utilisée en R&D pour optimiser davantage la composition des solutions de lavage et de nettoyage.
Préparation et contrôle qualité des boues de polissage chimico-mécanique (CMP)
Un mélange de boues CMP se compose de produits chimiques en particules dispersées dans une phase liquide. Le pesage précis de chaque composant de la boue de polissage est essentiel pour éviter d’endommager les tranches et l’équipement utilisé pour leur traitement. Les plateformes PBK9/PFK9-APW offrent une portée allant jusqu’à 3 000 kg, s’intègrent facilement aux processus de pesage automatisés, et peuvent être paramétrées de manière à compenser les influences environnementales susceptibles d’affecter les résultats de pesage. Les modules de pesage Powermount™ sont particulièrement adaptés pour les applications de pesage de cuve nécessitant une portée allant jusqu’à 5 000 kg : en plus d’offrir une précision et une fiabilité élevées, ils assurent la surveillance des conditions pour vous assurer que le système répond à vos attentes. Pour trouver la solution de pesage la plus adaptée aux procédés de traitement des boues, METTLER TOLEDO propose le service GWP® Recommendation.
Au cours du processus de polissage, il est essentiel de surveiller le pourcentage de solides dispersés dans le mélange en suspension à différentes étapes pour garantir un degré de polissage optimal. Cela peut facilement être réalisé à grande vitesse à l’aide d’un dessiccateur. Le dessiccateur halogène HX204 est doté de fonctionnalités avancées qui facilitent son utilisation, la gestion des données et des utilisateurs, et la prise de décision instantanée avec des limites de contrôle personnalisables. Grâce à l’assistant de développement de méthode intégré, la conception d’une méthode robuste correspondant au résultat de la procédure de séchage de référence est rapide et facile, ce qui permet d’augmenter la productivité.
La surveillance du pH et de la conductivité des boues CMP est extrêmement importante pour maintenir une suspension colloïdale stable. Pour ce faire, il suffit de sélectionner un pH-mètre de paillasse unique ou multiparamètre adapté, ou un système automatisé avec des options de gestion des données et des accessoires, des sondes et des consommables appropriés.
Le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est un oxydant couramment utilisé dans les mélanges de boues CMP. L’efficacité du polissage dépend du processus d’oxydation de la plaquette de silicium. De nombreuses techniques, dont le titrage, peuvent être utilisées pour déterminer la concentration de H2O2 dans une solution utilisée pour produire la boue. La mesure de l’indice de réfraction ou de la masse volumique permet également une analyse rapide, simple et sûre, facilement réalisable à l’aide d’un densimètre et d’un réfractomètre de paillasse ou d’une solution portable METTLER TOLEDO. Pour obtenir des plaquettes rentables et de haute qualité, il est judicieux de contrôler la qualité du mélange de boues CMP avant de l’utiliser dans des applications de polissage en aval, afin de vérifier que sa masse volumique se situe dans la plage prédéfinie.
Solutions de mesure en ligne précises pour la gestion du cycle de l’eau
Dans une usine de semi-conducteurs classique, des milliers de mètres cubes d’eau ultrapure sont utilisés quotidiennement pour le nettoyage, la gravure et le rinçage des tranches et des substrats. Des mesures d’analyse des processus précises et fiables sont essentielles pour s’assurer que l’eau ultrapure est adaptée aux étapes de fabrication des puces et pour optimiser son utilisation, en favorisant une récupération et une réutilisation maximales. Reconnues par les groupes de normalisation du monde entier, les solutions de surveillance de l’eau ultrapure signées METTLER TOLEDO Thornton garantissent l’utilisation d’une eau de la plus haute qualité pour la fabrication des puces. Nos sondes UniCond™ et nos analyseurs 6000TOCi, 2850Si et 2300Na, installés dans les systèmes d’eau déionisante, détectent rapidement les variations de résistivité, de COT, de silice et de sodium avec une intervention minimale de l’opérateur.
Pesage de plaquettes/puces
Le pesage de plaquettes dans les usines et le contrôle qualité peuvent s’avérer difficiles, car les stations de pesage se trouvent souvent à proximité d’une paillasse humide et dans un environnement de salle blanche. Compte tenu des conditions difficiles et des exigences de productivité, les solutions de pesage doivent être robustes et fournir des mesures stables à haute vitesse. Les balances analytiques XPR de METTLER TOLEDO associent un capteur de force hautes performances à une technologie de contrôle actif de la température et à un plateau SmartGrid pour un pesage rapide et précis. D’une grande stabilité, l’instrument SmartPan des balances de précision XPR permet d’obtenir des résultats de pesage deux fois plus rapides qu’un plateau de pesée standard.
Des accessoires professionnels, tels que les ErgoClips pour un pesage simple et pratique des tranches, contribuent à l’efficacité des flux de travail dans les opérations de fabrication de semi-conducteurs. Les outils de connectivité et de gestion des données, comme le logiciel LabX®, soutiennent la conformité réglementaire et la traçabilité.
Test de résine photosensible en lithographie
Les photorésines sont des matériaux photosensibles appliqués sur les puces, qui sont ensuite partiellement exposées à la lumière à travers un masque à motifs – un processus dit de « photolithographie », qui permet de créer un circuit intégré. La calorimétrie à balayage différentiel, ou DSC, est un outil puissant pour comprendre le comportement physico-chimique des résines à amplification chimique (un matériau photorésistant) et pour optimiser le processus de lithographie. Grâce à la DSC modulée en température (TMDSC), une seule mesure suffit à récolter des données sur les effets thermiques associés au procédé lithographique, tels que la vaporisation, la réticulation et la température de transition vitreuse du matériau photorésistant.
Les microbalances XPR sont optimisées pour la préparation d’échantillon de quelques milligrammes à destination des mesures DSC. Avec les balances XPR, les résultats de pesage peuvent être transférés vers le logiciel STARe d’un simple clic. METTLER TOLEDO propose une solution de flux de travail complète qui inclut des instruments DSC, des balances, un logiciel et des accessoires, ainsi qu’une expertise approfondie des applications dédiées au micropesage et à l’analyse thermique.
Qualité des eaux usées
Les solutions de gravure et le processus de polissage mécanochimique qui interviennent lors de la fabrication des puces utilisent de l’acide fluorhydrique, ce qui entraîne des concentrations élevées de fluorure dans les effluents des usines de semi-conducteurs. La précipitation, la floculation et la filtration sont des processus souvent utilisés pour éliminer les contaminants potentiels. Une précipitation réussie ne peut se produire qu’à une plage de pH optimale ; par conséquent, le pH de l’effluent indique indirectement si la concentration de contaminants est inférieure à une certaine limite. Les mesures directes de la concentration ionique à l’aide d’électrodes sélectives d’ions (ISE), p. ex. des ions fluorure avec une électrode perfectION™ comb F, sont également adaptées pour la surveillance des eaux usées.
Solutions pour les procédés de fabrication finale
Il s’agit de l’étape d’assemblage et de conditionnement, au cours de laquelle les puces à semi-conducteurs individuelles sont découpées dans la tranche et conditionnées dans un boîtier. L’étape suivante consiste à connecter la puce au circuit externe à l’aide d’un microcâblage. Le processus comprend également des tests ainsi que l’inspection finale des circuits intégrés, conformément aux normes et réglementations en vigueur.
Conditionnement et assemblage de puces à semi-conducteurs
Processus de durcissement époxy
Dans le processus de conditionnement des circuits intégrés, des résines époxydes sont utilisées pour fixer solidement la puce en silicium dans la grille de connexion. L’étude de la cinétique de durcissement des polymères époxy permet de définir les temps de stabilisation requis pour obtenir le conditionnement souhaité, optimiser les procédés et réduire le nombre de défaillances dans le conditionnement des puces. Le logiciel STARe offre l’option logicielle Model Free Kinetics (MFK), qui permet de prédire le comportement de durcissement et de vitrification d’un époxyde.
Mesure du diamètre d’un fil métallique pour le microcâblage
Le microcâblage consiste à créer des interconnexions électriques entre des micropuces ou d’autres circuits intégrés et des substrats de puce à l’aide de fils de connexion fins. Cette opération est réalisée dans un environnement de salle blanche. Une méthode standard, telle que celle correspondant à la norme ASTM-F205, consiste à mesurer le diamètre du fil fin utilisé pour le microcâblage par une opération de pesage. Les microbalances XPR sont idéales pour une utilisation dans un environnement de salle blanche, grâce à leur faible encombrement et à leur concept ergonomique à deux terminaux avec un positionnement flexible. La haute précision des microbalances XPR, associée à des accessoires adaptés tels qu’un plateau de pesée pour échantillons tubulaires, facilite le pesage de fils métalliques fins.
Des solutions de pesage précises et exactes sont utiles à de nombreuses autres applications, p. ex. pour l’étalonnage des machines de dépose de colle lors du conditionnement, ou bien pour la préparation d’échantillons dédiés aux techniques d’analyse quantitative telles que le titrage et la DSC.
Solutions logicielles pour des procédés de laboratoire fluides, traçables et sécurisés
Les solutions logicielles de laboratoire METTLER TOLEDO accélèrent la vitesse de traitement grâce à la collecte électronique et à l’interprétation performante des données, ce qui facilite l’automatisation des flux de travail et réduit les procédures administratives manuelles en centralisant la gestion des ressources. La connectivité des instruments permet un contrôle simple et centralisé des équipements interconnectés. La récupération facile des données du logiciel du laboratoire permet de se conformer aux exigences d’intégrité des données, qu’elles soient définies en interne ou par des organismes externes.
Le logiciel de laboratoire LabX™ assure la gestion des instruments, des procédures normalisées et des utilisateurs. Cette solution logicielle unique améliore la productivité grâce à la numérisation, à la gestion électronique des données et aux conseils qu’elle dispense en matière de flux de travail, afin de respecter les normes réglementaires et d’assurer l’intégrité des données. LabX™ se connecte aux instruments METTLER TOLEDO : balances, titrateurs, pH-mètres, UV Vis spectrophotomètres, densimètres et réfractomètres, systèmes de point de fusion et solutions d’automatisation.
Le logiciel d’analyse thermique Excellence STARe est une plateforme performante qui connecte les systèmes d’analyse thermique METTLER TOLEDO et offre modularité, flexibilité et automatisation.
La solution iC Software Suite pour les réacteurs automatisés et les analyses in situ intègre l’ensemble du procédé expérimental pour les réactions de synthèse automatisées et les analyses in situ. Cela simplifie la visualisation des données de procédé ainsi que l’interprétation et la transmission des résultats : chaque expérience bénéficie ainsi d’une image interconnectée en temps réel, et le service de R&D peut prendre des décisions informées pour optimiser procédés et produits.
Offres de services pour des performances fiables
Les services professionnels METTLER TOLEDO vous accompagnent tout au long de la durée de vie du produit, de sa sélection sécurisée à son installation en passant par une formation des utilisateurs et un étalonnage initial et récurrent, de manière à assurer une mise en service parfaite. L’offre METTLER TOLEDO inclut également une vérification pour garantir les performances et la fiabilité de votre équipement, une assistance pour vous aider à vous conformer aux normes et réglementations locales et mondiales, et une maintenance préventive pour minimiser les risques et prolonger la durée de vie de votre solution.
Découvrez et choisissez l’offre de services adaptée à vos besoins, au moment de l’achat avec ExtendedCare, ou ultérieurement avec BasicCare, StandardCare et ComprehensiveCare.
Notre solution Good Measuring Practices vous aide à trouver les instruments adaptés à vos besoins. Elle comprend également des conseils et une formation sur la manière d’utiliser, d’étalonner et d’entretenir efficacement votre équipement.
Brochure sur l’excellence en analyse pour la fabrication de semi-conducteurs
Pour des processus de fabrication et des analyses en laboratoire efficaces, sûrs et rentables dans l’industrie des semi-conducteurs, METTLER TOLEDO met à votre disposition une brochure offrant un aperçu complet de ses compétences analytiques, ses solutions logicielles et son offre de services.
Solutions
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Publications
FAQ
Comment l’eau est-elle utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs, et quelle quantité est généralement nécessaire ?
L’eau joue un rôle important dans la fabrication des semi-conducteurs et le traitement des déchets : elle intervient tour à tour en tant que solvant, liquide de refroidissement et agent de nettoyage. L’eau ultrapure, qui est généralement produite sur site dans les usines de fabrication, est utilisée pour le nettoyage de la surface des tranches. La fabrication de semi-conducteurs consomme quotidiennement des milliers de mètres cubes d’eau ultrapure. Une étude récente estime qu’au quotidien, l’industrie mondiale des semi-conducteurs consomme quelque 1,7 million de mètres cubes d’eau.
L’utilisation de l’eau est un facteur clé pour que cette industrie puisse répondre aux exigences de développement durable, compte tenu de son importante consommation d’eau douce et de sa production d’eaux usées. Les stratégies de recyclage, de récupération et de réutilisation de l’eau pourraient être cruciales pour l’avenir de l’industrie des semi-conducteurs.
L’eau ultrapure doit-elle être strictement contrôlée ?
Le rendement des tranches joue un rôle de plus en plus important dans la viabilité économique de la production de circuits intégrés. La qualité de l’eau ultrapure étant un facteur qui influence grandement ce rendement, il est essentiel de la surveiller de près. Les largeurs de raie actuelles se situent entre 5 et 7 nanomètres, et certains fabricants passent à 3 nanomètres. L’eau ultrapure doit donc se conformer à de nouvelles recommandations en matière de pureté.
La norme SEMI F63, dédiée aux spécifications de l’eau, a récemment été mise à jour :
- Résistivité : 25 °C > 18,18 MΩ - cm
- COT : < 1,0 ppb
- Particules/mL : < 0,3 à 0,05 μm
- Bactéries par culture : ≤ 1/100 mL
Pour détecter les traces de contamination à des niveaux ppb, la surveillance en temps réel est essentielle pour réduire les pertes de produits et éviter les interruptions de production.
Est-il important de minimiser le niveau d’oxygène dissous dans l’eau ultrapure ?
Oui. Des niveaux élevés d’oxygène dissous dans l’eau ultrapure sont une source d’oxydation pour les tranches, ce qui diminue leur rendement. Par conséquent, les différentes étapes de rinçage à l’eau déionisée nécessitent des mesures précises et rapides pour maintenir des niveaux d’oxygène dissous ultra-faibles.
La réduction de l’oxygène dissous permet également à l’eau de conserver une résistivité élevée, ce qui est essentiel pour les étapes de traitement ultérieures ainsi que pour le contrôle du processus de déionisation et de purification par déionisation continue de l’électrode.
Quel est l’impact de la silice dans l’eau ultrapure ?
La silice qui sèche sur la surface d’un circuit intégré peut causer plusieurs problèmes de qualité, notamment une diminution de l’adhérence du film et de la résistance de contact. Par conséquent, la découverte de niveaux de silice non conformes entraîne des retards de production et des pertes de revenus en attendant que la source de la contamination soit identifiée et corrigée.
Pour minimiser ces problèmes, le niveau de silice dans l’eau ultrapure doit être surveillé en permanence aux emplacements stratégiques, et contrôlé à des niveaux inférieurs à la ppb.
Puis-je utiliser le titrage pour surveiller la teneur en acide ou en base du procédé de galvanoplastie directement depuis le bain ?
Oui, vous pouvez surveiller cette teneur à l’aide de titrateurs Excellence METTLER TOLEDO, connectés à une vanne d’échantillonnage TV6 ou à un manipulateur de liquides DispenSix. Le processus de surveillance de la concentration en acide ou en base peut être entièrement automatisé. La vanne d’échantillonnage TV6 ou le dispositif de manipulation de liquides DispenSix prélève automatiquement une quantité exacte d’échantillon dans le bain de galvanoplastie, puis la transfère dans le bécher de titrage. Le processus de mesure ne requiert aucune attention de la part de l’utilisateur. De plus, la fonctionnalité « planification » du logiciel LabX® permet de démarrer l’analyse selon un échéancier avec des répétitions planifiées. Vous pouvez consulter un exemple de la note d’application ici.
Quelle méthode d’analyse est recommandée pour déterminer la teneur en eau des solvants utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs ?
Le titrage karl fischer est une méthode d’analyse couramment utilisée pour déterminer la teneur en eau d’un échantillon. La détermination de la teneur en eau peut être effectuée à l’aide d’un titrateur Karl Fischer (KF) METTLER TOLEDO. Nous avons développé de nombreuses notes d’application pour la détermination de la teneur en eau dans les solvants.
Comment les balances analytiques XPR de METTLER TOLEDO peuvent-elles prendre en charge vos procédés de titrage ?
Pour compléter la solution, les balances analytiques XPR de METTLER TOLEDO sont compatibles avec la technologie de pesage par titrage sans fil. Grâce à la technologie RFID, la solution SmartSample™ permet une interaction fluide entre un titrateur et une balance analytique Excellence. Le transfert automatique des données évite les erreurs et permet de gagner un temps précieux.
Comment déterminer la stabilité et la pureté des produits chimiques et des matériaux utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs à l’aide de la spectrophotométrie UV Visible ?
La spectrophotométrie UV Visible peut être utilisée de plusieurs manières dans les procédés de fabrication de semi-conducteurs :
Détermination de la stabilité, de la dégradation et de la durée de conservation : En mesurant l’absorbance d’une solution à des longueurs d’onde spécifiques, il est possible de déterminer sa stabilité. Si l’absorbance évolue considérablement au fil du temps, c’est un signe que la solution est instable et finira par se dégrader. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour déterminer les meilleures conditions de stockage pour la solution et s’assurer qu’elle reste stable le plus longtemps possible.
Identification des impuretés : La spectrophotométrie UV Visible permet d’identifier des impuretés spécifiques en comparant les spectres d’absorbance d’un échantillon à celui d’un matériau de référence. Il est possible d’identifier des impuretés spécifiques sur la base des différences d’absorbance entre les deux substances. Vous pouvez également générer une courbe d’étalonnage en mesurant l’absorbance d’une série de matériaux de référence avec des concentrations d’impuretés connues. Cette courbe permet ensuite de déterminer la concentration d’impuretés dans le matériau semi-conducteur en fonction de son absorbance. La spectrophotométrie UV Visible fournit ainsi des informations précieuses sur la concentration d’impuretés dans les produits chimiques et les matériaux de traitement, qui peuvent être utilisées pour contrôler et optimiser la qualité des produits finaux.