Novara è stata palcoscenico in ottobre per l’inaugurazione ufficiale di FAB300, il nuovo plant europeo di GlobalWafers MEMC Electronic Materials SpA. Un esempio perfetto di come e quanto la filiera dei semiconduttori europea sia pronta a credere ancora (e investire) nell’innovazione e nell’automazione avanzata.
Il plant FAB300, che si trova all’interno dello stabilimento di MEMC Electronic Materials S.p.A di Novara, è stato presentato da Doris Hsu, CEO di GlobalWafers Ltd, "il più avanzato impianto europeo completamente integrato per la produzione di wafer in silicio da 300 mm".
L’apertura del nuovo stabilimento produttivo ha rappresentato "una tappa strategica per l’intera filiera dei semiconduttori in Europa e un segnale concreto di fiducia, investimento industriale e tecnologico e impegno di lungo periodo di GlobalWafers in Italia", ha commentato Doris Hsu durante la cerimonia di inaugurazione. "Con FAB300, GlobalWafers consolida la propria posizione di leadership mondiale e rafforza la presenza nel cuore del continente europeo. Contribuisce alla costruzione di un’industria più autonoma, sostenibile e resiliente e a di un futuro di tecnologia e opportunità per le prossime generazioni".
Genesi e obiettivi della fabbrica di wafer in silicio di Novara
"Con il forte supporto dei nostri clienti, delle istituzioni e dello straordinario team italiano, stiamo costruendo in FAB300 non solo il più avanzato impianto di semiconduttori in Europa, ma anche un modello di crescita sostenibile per il futuro”, ha detto Marco Sciamanna, presidente di MEMC Electronic Materials S.p.A.
"Questo sito produttivo tecnologicamente avanzato ha un obiettivo importante: dare la possibilità all'Europa intera di acquisire una sua indipendenza dagli altri Paesi asiatici o statunitensi nella produzione e nell’approvvigionamento di wafer in silicio. Oggi questi materiali sono essenziali in tutti i settori, dalla vita privata a quella industriale e militare. Qui a Novara creiamo lo strato primario sul quale poi vengono stampati i circuiti dei chip che fanno funzionare la maggior parte dei dispositivi in uso oggi, dall’automotive agli smartphone".
La decisione di realizzare FAB300 a Novara è stata presa nel 2022. L’obiettivo era chiaro sin da subito: rafforzare l’ecosistema europeo dei semiconduttori e assicurare una maggiore resilienza alla catena di fornitura. "Con questo plant contribuiamo all’indipendenza dalla supply chain mondiale della filiera dei semiconduttori nazionale ed europea, una filiera che conta sulla presenza di ST Microelectronics, Vishay, NXP e Bosch, che hanno stabilimenti sul territorio nazionale o europeo, dove utilizzano i nostri wafer".
L’apertura del nuovo sito produttivo GlobalWafers ha portato all’assunzione immediata di 50 persone. A regime, il nuovo impianto potrà creare fino a 150 nuovi posti di lavoro qualificati, generando valore per la comunità locale e nuove opportunità per i giovani talenti del territorio.
Semiconduttori in Italia: un investimento da 450 milioni di euro
Il nuovo plant occupa complessivamente 10.000 mq e integra 1.750.000 tonnellate di ferro e cemento .Al momento, attrezzati e attivi per la produzione sono 5.000 mq. Sciamanna spiega infatti che, dopo questo avvio (la Fase 1), è già in programma una Fase 2 che vedrà nei prossimi tre anni un’espansione della produzione, che procederà in base alle richieste future di wafer nei vari mercati di riferimento.
L’investimento complessivo nel nuovo progetto è stato di 450 milioni di euro, il che conferma la fiducia di GlobalWafers nelle potenzialità del territorio italiano come polo competitivo e innovativo.
Il progetto FAB300 è stato sostenuto da 103 milioni di euro per attività di Ricerca e Sviluppo nell’ambito del secondo IPCEI sulla microelettronica. Questo come riconoscimento del ruolo strategico che FAB300 svolge nel promuovere l’autonomia tecnologica dell’Europa e la sua capacità di competere sui mercati globali.
FAB300 è a tutti gli effetti una fabbrica in linea con i paradigmi Industria 4.0 e Industria 5.0: è stata costruita con criteri di efficienza e sostenibilità, destinata a operare al 100% con energia rinnovabile, in linea con gli standard RE100 e con gli obiettivi ESG globali del Gruppo.
C'è un’area del plant che impressiona in particolare per la complessità: è l’impianto di distribuzione dell'acqua refrigerata calda - a diverse temperature - che serve tutti gli impianti presenti nel sito (sistemi di condizionamento, macchine di produzione e così via). Parliamo di qualche migliaio di chilometri di tubi in giro per l'edificio.
Altro dato impressionante, le infrastrutture di rete includono anche qualche migliaio di chilometri di fibre ottiche e cavi di rame di diverse dimensioni.
Il processo di lavorazione dei wafer in silicio: dal taglio alla finitura in camera bianca
Il processo di lavorazione del nuovo plant di Novara si svolge su due piani e si articola essenzialmente in due step: il taglio con un primo lavaggio delle fette e poi la lucidatura e finitura in camera bianca.
Dopo la fusione del silicio, che avviene nel sito produttivo GlobalWafers di Merano, a Novara arrivano dei lingotti di cristallo raffinato (silicio policristallino) che possono avere una lunghezza che va da 10 a 40 cm e un peso compreso fra 80 kg a 20 kg.
Al piano inferiore, i lingotti di cristallo vengono fissati (proprio incollati!) su appositi supporti in plastica (basette). In seguito, sono inseriti nelle macchine da taglio e letteralmente “spinti” contro una serie di fili diamantati che li tagliano in fette da 300 mm di diametro, spesse circa 1 mm.
Le fette così tagliate vengono lavate e levigate, in modo che siano piane, parallele e perfettamente arrotondate. Passano così in camera bianca, al piano superiore. Qui, l’ambiente della Cleanroom (ISO 7, a contaminazione controllata), che abbiamo potuto vedere solo da un vetro, dall’esterno, è altamente automatizzato e robotizzato. Ci sono numerosi binari a soffitto, lungo i quali transitano robot autonomi che spostano il materiale durante la lavorazione. Qui le fette subiscono ulteriori trattamenti chimici-meccanici, per un ulteriore lavaggio e poi la lucidatura e la finitura.
Tutte le macchine nella Cleanroom funzionano controllate da remoto e sono appunto alimentate da robot, i quali caricano e scaricano i cestelli che contengono le fette di silicio prima e dopo ogni lavorazione, fino a portarle al piano sottostante, di nuovo a piano terra, nel magazzino automatico robotizzato, dove i wafer sono riposti in package di plastica o di alluminio, in attesa della consegna in tutta Europa.
Obiettivo: zero contaminazione, massima planarità
Il processo di lavorazione che termina in Cleanroom con l’ultimo step di finitura deve garantire di eliminare ogni possibile minima contaminazione dopo il taglio, e dare come risultato finale dei wafer in silicio con superfici (su entrambi i lati) perfettamente piane, lucide, riflettenti, “a specchio”, prive di dislivelli, microrotture, graffi o altre imperfezioni.
Questo è fondamentale nella produzione dei semiconduttori. Anche un piccolo impercettibile difetto può inficiare l’intero processo successivo di fotolitografia, ovvero di incisione dei pattern di un circuito sulla superficie del wafer. Un processo molto costoso per i produttori di semiconduttori, propensi a scegliere e acquistare quindi i wafer da chi sa garantire una superficie perfetta, pura, con rugosità di 0,1 nanometri, quindi con la massima planarità (uniformità di superficie). O, ancora, se non rilevato dal produttore di chip, potrebbe influire negativamente sul funzionamento del chip una volta prodotto.
GlobalWafers ne è ben consapevole e pone grande cura su ispezione e controllo qualità finale anche nel nuovo plant di Novara, per assicurare massima perfezione e qualità del wafer, tenendo conto di ogni specifica esigenza e destinazione d’uso del cliente finale. È proprio in questa fase finale che metrologia, sistemi di ispezione visiva, automazione e intelligenza artificiale si integrano per non lasciare al caso nessuna imperfezione.
"Ogni fetta è unica, pensata per il nostro cliente, mai uguale a un altro lotto. Anche se le dimensioni sono uguali nel diametro (300 mm) o nello spessore (1 mm), le caratteristiche dovute ai trattamenti superficiali sono diverse, in base al processo di produzione finale del wafer, che si tratti di alimentatori, sensori, smart device o altro", ha chiarito Sciamanna.
E, quando capita di avere scarti di lavorazione, sia nelle fasi di taglio, sia in quelle successive al controllo qualità per difetti di superficie, in GlobalWafers il 98% del materiale viene riciclato nel campo dell’edilizia civile (produzione di cemento, ad esempio) o nella metallurgia (produzione di acciai speciali o leghe particolari).
FAB300: la filiera dei semiconduttori sceglie automazione avanzata e intelligenza artificiale
Sul totale dell’investimento allocato nel nuovo plant di Novara, indicativamente alle macchine destinate alla lavorazione dei wafer (taglio, lavaggio, trattamento e finitura) e alle tecnologie di automazione per il loro controllo sono stati destinati circa 180 milioni di euro.
"Fra le tecnologie adottate per gestire le fasi di lavorazione, controllo e ispezione, una menzione particolare spetta all’intelligenza artificiale, molto presente nel nuovo plant", ha spiegato Sciamanna. "Siamo di fronte all'esempio concreto di come ci siano applicazioni nel comparto dei semiconduttori che beneficiano in modo importante dell’introduzione dell’AI".
Sciamanna si riferisce in particolare a due ambiti applicativi. Il primo è l’ispezione delle fette dopo il taglio e, successivamente, dopo l'ultimo step di finitura dei wafer. Qui l’analisi dei difetti è nell’ordine del nanometro. Il processo di ispezione e controllo qualità richiede di raccogliere un gran numero di immagini e, quindi, una vastissima quantità di dati.
L’AI è un'enorme alleata nell’elaborare tutti i dati e le immagini, aiutando a generare informazioni e comparazioni utili a individuare imperfezioni, trovando pattern di analisi in pochi minuti che aiutano gli addetti a comprendere cause e sorgente di ogni singolo difetto sulla superficie, a garanzia della massima planarità della stessa.
Un altro esempio è la fase di test e simulazione dei processi. In questo caso l’intelligenza artificiale serve a massimizzarne i tempi e la precisione in modi impensabili fino a poco tempo fa.
Massima attenzione a efficienza energetica e sostenibilità
Il ricorso a fonti energetiche rinnovabili è, infine, un altro aspetto che caratterizza il sito di Novara. Ad oggi, l’energia da diverse fonti rinnovabili (idroelettrica, fotovoltaica, eolica) viene acquistata dalla rete. Nel frattempo però nel sito c’è anche una centrale di cogenerazione gestita da una società partner, con la quale GlobalWafers MEMC Electronic Materials sta collaborando per trasformare l’alimentazione da gas naturale in biometano.
"Global Wafers LTD ha l'obiettivo di portare tutto questo polo attivo al 100% con approvvigionamento da fonte rinnovabile entro il 2040", ha aggiunto Sciamanna. "Al momento abbiamo piani già definiti per portare il rinnovabile a circa il 70% del consumo completo, quindi convertire il processo di produzione di wafer da 300 mm e da 200 mm a rinnovabile già nel 2028 e, successivamente, in modo graduale, anche il rimanente 30%".
Il futuro dei wafer in silicio
"Con FAB300, GlobalWafers guarda in modo importante al futuro, contribuendo allo sviluppo delle tecnologie di nuova generazione che plasmeranno il mondo di domani", ha concluso Sciamanna.
Un futuro in cui data center e intelligenza artificiale, spingeranno sull'acceleratore della produzione di semiconduttori, orientando le dimensioni dei diametri dei wafer su formati da 300 mm: più ampia è la superficie del wafer, più numerosi sono i pattern che si possono incidere, quindi minore sarà il costo del singolo chip prodotto.