¿Cómo selecciono un transductor de presión para aplicaciones de líquidos UHP en semiconductores?

Los sensores de presión, incluidos los transductores y transmisores de presión, son un aspecto crítico de la fabricación de semiconductores. Estos instrumentos miden la presión para controlar el flujo y la distribución de gases y líquidos de pureza ultra alta (UHP) de forma segura y eficaz en todo el proceso de producción.  

En mi último artículo sobre transductores para aplicaciones de gas UHP en semiconductores, expliqué cómo Ashcroft y nuestra empresa matriz Nagano Keiki Co. LTD, han estado proporcionando instrumentación de presión y temperatura a los clientes de fabricación de semiconductores a nivel mundial durante décadas. Este artículo proporcionará más información sobre el proceso líquido de fabricación de semiconductores y revisará las características de monitoreo de presión que se deben buscar en los instrumentos que están diseñados para funcionar bien en estos procesos complejos.

Cuando termine de leer, espero que comprenda mejor el uso de fluidos UHP en aplicaciones de semiconductores y las soluciones empleadas para medir la presión con precisión. También encontrará artículos y guías relacionados que podrá utilizar como referencia para este tema en constante evolución. 

El proceso semiconductor - fluidos/líquidos.

La fabricación de semiconductores es un proceso muy complejo que convierte una gran oblea de silicio en cientos o miles de chips microelectrónicos. El silicio se fabrica a partir de lingotes con una pureza del 99,99%, de 200 a 300 mm de diámetro, y se corta en obleas de menos de 1 mm de grosor.  

El proceso consiste en estratificar materiales sobre la oblea, formando vías y uniones que permiten el flujo y almacenamiento de datos electrónicos. La precisión excepcional es primordial para eliminar la contaminación a nivel atómico y mantener la pureza de cada dispositivo.

Tres etapas principales en la fabricación de semiconductores líquidos.

1. Pulir la oblea. 

Para conseguir la planitud deseada a nivel atómico, las obleas de la fabricación de semiconductores se someten a un meticuloso proceso de limpieza y pulido. Para ello se utiliza una técnica denominada planarización químico-mecánica (CMP), en la que se aplica una lechada química a la superficie de la oblea para eliminar química y abrasivamente cualquier material. La lechada, que puede ser alcalina o ácida y contener partículas a nanoescala, desempeña un papel crucial en la eliminación de impurezas, sobre todo metales, para evitar defectos superficiales en la oblea.

Para garantizar la eficacia del proceso CMP, todas las superficies que entran en contacto con el lodo deben ser capaces de resistir la abrasión, la descomposición química y la lixiviación. Aquí es donde entran en juego los transductores de presión. Al incorporar grados de alta pureza de fluoropolímeros como Teflon™, PTFE o PFA en sus materiales de construcción, estos transductores pueden afrontar el reto de soportar las duras condiciones de la fabricación de semiconductores.

Sin embargo, el uso de fluoropolímeros en transductores de presión plantea un reto debido a sus propiedades mecánicas relativamente pobres para la medición precisa de la presión. Para superarlo, un método inteligente combina un diafragma de PTFE/PFA en contacto con el fluido, que está unido a un elemento sensor cerámico. Esta combinación aprovecha las excelentes propiedades de ambos materiales, lo que da como resultado un dispositivo de medición preciso y fiable para esta aplicación específica.

2. Utilice el grabado húmedo para eliminar el material y el patrón de la oblea. 

Durante esta etapa del proceso de fabricación de semiconductores, se utiliza una técnica precisa para eliminar selectivamente partes específicas del material semiconductor con el fin de definir la estructura o el patrón deseados en la oblea virgen.

Para lograr el resultado deseado, el proceso de grabado húmedo emplea álcalis o ácidos muy potentes. Algunos ejemplos notables son el hidróxido de potasio (KOH), el hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), el ácido clorhídrico (HCL), el ácido fluorhídrico (HF) y el ácido nítrico (HNO3). Manipular con éxito estos líquidos supone un reto debido a su capacidad para extraer las impurezas presentes en la superficie de un material, así como para impregnar el propio material.

3. Limpie la oblea.

Para limpiar eficazmente una oblea después del grabado húmedo es necesario eliminar los productos químicos del grabado, así como cualquier partícula perdida en la superficie del agua. Este proceso de limpieza suele implicar el uso de agua ultrapura. Los requisitos para que el agua se considere "ultrapura" en la industria de los semiconductores son asombrosos, aunque necesarios, para limpiar y no contribuir a la contaminación. Se necesitan enormes cantidades de agua ultrapura, ya que una fábrica de semiconductores típica utiliza más de 8 millones de litros al día.

Las normas para el agua ultrapura, recogidas en SEMI F63 y ASTM D5127, exigen que el agua se ultrafiltre hasta un nivel en el que el agua se convierta en un disolvente bastante agresivo y, por tanto, que los materiales utilizados en las tuberías de proceso, los controles y los dispositivos de medición sean excepcionalmente puros.

Consideraciones sobre transductores de presión para la fabricación de semiconductores.

Debido a la dura naturaleza de las aplicaciones de líquidos semiconductores, los equipos e instrumentos como el Transductor de Presión de Fluoropolímero ^Ashcroft® ZL91 deben cumplir con ciertos requisitos para ser utilizados en estos procesos líquidos.

Utilice material de alta calidad.

El material utilizado en la construcción de instrumentos a presión debe ser de gran calidad y compatible con los medios del proceso. En las aplicaciones de líquidos, se suelen utilizar grados de fluoropolímeros de gran pureza, como el politetrafluoroetileno y el perfluoroalcoxi (PTFE/PFA), debido a su excepcional resistencia química y a la prevención de la contaminación.

Ofrecen prestaciones duraderas, precisas y repetibles. 

Cuando se trata de los mejores transductores para el proceso de fabricación de semiconductores, muchas de las mismas características son importantes para los procesos de líquidos y gases. He aquí algunas otras características que son importantes para las aplicaciones de gases y líquidos:

Repetibilidad - Al comprar un transductor de presión para la fabricación de semiconductores, es importante confiar en la medición que proporciona su instrumento. Idealmente, siempre que compruebe la presión con la misma herramienta, querrá un dispositivo que le proporcione una lectura consistente cada vez sin necesidad de ajuste cero o span.  

Durabilidad - Los golpes, las vibraciones, los picos de presión y las pulsaciones pueden plantear problemas en las operaciones con semiconductores. Si no se diseñan adecuadamente, los transductores de presión pueden dañarse en entornos operativos difíciles. Las mejores opciones en esta situación son los transductores construidos para soportar condiciones duras.

Precisión - También querrá confirmar que el sensor de presión que elija cumple los requisitos mínimos de su aplicación específica. Para asegurarse de obtener la medición más precisa, fíjese en la tecnología que utiliza el instrumento para leer la presión. 

Algunos instrumentos ofrecen una precisión de ±1% de span nada más sacarlos de la caja, con errores de ajuste de cero y span ya incluidos en la especificación. Esto significa que la unidad está lista para ser instalada sin necesidad de ajustes de calibración adicionales.

Manténgase informado. Se avecinan cambios.

La Inteligencia Artificial (IA), la conducción autónoma, el Internet de las Cosas (IoT) y otros avances tecnológicos garantizan una cosa: la fabricación de semiconductores seguirá evolucionando. En los próximos años, cabe esperar un fuerte crecimiento de la industria mundial de semiconductores. Esto planteará a los proveedores de semiconductores el reto de aumentar la densidad de transistores, mejorar la fiabilidad y reducir los costes de producción y adquisición. 

Manténgase al día sobre las últimas tendencias, innovaciones y los productos que mejor se adaptan a sus estrictos requisitos. Aquí tienes algunos artículos que quizá te hayas perdido sobre el tema:

• ¿Cómo seleccionar un transductor de presión para aplicaciones de gas UHP en semiconductores?
• Reseña del producto: Transductor de presión ZL91 y ZL92 para aplicaciones de semiconductores

Si desea más información sobre la selección de instrumentos de presión de alta pureza para su aplicación de semiconductores, consulte nuestra página de productos o descargue nuestra guía gratuita. No dude en ponerse en contacto con uno de nuestros expertos en productos si tiene alguna pregunta.