¿Cómo se selecciona un transductor de presión para aplicaciones con líquidos UHP en la industria de los semiconductores?

La selección de un transductor de presión para aplicaciones con líquidos de pureza ultraalta (UHP) en el sector de los semiconductores requiere tener muy en cuenta la compatibilidad de los materiales, el control de la contaminación, la precisión, la repetibilidad y la durabilidad. Estas aplicaciones suelen implicar el uso de productos químicos agresivos y agua ultrapura, lo que hace que la construcción y el rendimiento del instrumento de presión sean especialmente importantes.

Los sensores de presión, incluidos los transductores y los transmisores de presión, desempeñan un papel fundamental en la fabricación de semiconductores. Miden la presión para ayudar a controlar el flujo y la distribución de gases y líquidos de ultra alta pureza (UHP) de forma segura y eficaz a lo largo de todo el proceso de producción.

En este artículo nos centraremos en los procesos con líquidos, incluyendo cómo se utilizan los líquidos UHP y las características de los transductores de presión que pueden ayudar a garantizar una medición fiable. También disponemos de un artículo aparte dedicado a los transductores de presión para aplicaciones de gases UHP en la industria de los semiconductores y otro que aborda cómo se supervisan los sistemas de aire en estas aplicaciones. 

¿Cómo se utilizan los líquidos en la fabricación de semiconductores?

Los líquidos se utilizan en toda la fabricación de semiconductores para procesos como el pulido, el grabado y la limpieza de obleas de silicio. Dado que la contaminación puede afectar a la calidad de los semiconductores, estos procesos requieren un control preciso y materiales de extrema pureza.

La fabricación de semiconductores convierte una oblea de silicio en bruto en cientos o miles de chips microelectrónicos individuales. El silicio parte de lingotes de silicio cultivados en laboratorio con una pureza del 99,99 %, que miden aproximadamente entre 200 y 300 mm (7,9 a 11,8 pulgadas) de diámetro. Estos lingotes se cortan en obleas de un grosor muy inferior a 1 mm (0,04 pulgadas).

A continuación, se depositan capas de materiales sobre la oblea para formar las vías y las uniones que permiten que los datos electrónicos fluyan y se almacenen. Se requiere una precisión excepcional a lo largo de todo este proceso para minimizar la contaminación a nivel atómico y mantener la pureza de cada dispositivo.

¿Cuáles son los principales procesos que utilizan líquidos en la fabricación de semiconductores?

Tres procesos importantes que dependen de los líquidos durante la fabricación de semiconductores son la planarización químico-mecánica (CMP), el grabado húmedo y la limpieza de obleas. Cada uno de ellos plantea diferentes retos en cuanto a productos químicos, pureza y compatibilidad de materiales para los equipos de medición de presión.

1. ¿Cómo se utilizan los líquidos para pulir las obleas semiconductoras?

La planarización químico-mecánica (CMP) utiliza una suspensión química para conseguir la superficie de la oblea extremadamente plana que se requiere en la fabricación de semiconductores.

La suspensión puede ser alcalina o ácida y contiene partículas a escala nanométrica que eliminan material de la oblea mediante procesos químicos y abrasivos. Este proceso también ayuda a eliminar impurezas, especialmente metales, que podrían provocar defectos en la superficie.

Cualquier superficie que entre en contacto con la lechada debe ser resistente a:

• Abrasión
• Descomposición química
• Lixiviación

Los transductores de presión utilizados en estas aplicaciones pueden incorporar fluoropolímeros de alta pureza, como Teflon™, PTFE o PFA, para soportar estas exigentes condiciones de proceso.

Sin embargo, los fluoropolímeros presentan unas propiedades mecánicas relativamente deficientes para la medición precisa de la presión. Una solución consiste en combinar un diafragma de PTFE/PFA, que entra en contacto con el fluido de proceso, con un elemento sensor cerámico. Este diseño aprovecha las propiedades de resistencia química del fluoropolímero, al tiempo que permite una medición precisa y fiable de la presión.

2. ¿Cómo se utilizan los líquidos durante el grabado húmedo?

El grabado húmedo utiliza ácidos o álcalis potentes para eliminar de forma selectiva material semiconductor y crear las estructuras o patrones necesarios en la oblea.

Entre los productos químicos que se utilizan habitualmente en el grabado húmedo se encuentran:

• Hidróxido de potasio (KOH)
• Hidróxido de tetrametilamonio (TMAH)
• Ácido clorhídrico (HCl)
• Ácido fluorhídrico (HF)
• Ácido nítrico (HNO₃)

Estos líquidos pueden extraer impurezas de las superficies de los materiales y penetrar en determinados materiales. Por ello, los transductores de presión utilizados en los sistemas de grabado en húmedo deben estar fabricados con materiales en contacto con el líquido que sean compatibles con estos productos químicos agresivos y que, al mismo tiempo, contribuyan a mantener la pureza requerida en el proceso.

3. ¿Cómo se limpian las obleas semiconductoras?

Las obleas de semiconductores suelen limpiarse con agua ultrapura para eliminar los productos químicos de grabado y las partículas sueltas sin introducir contaminación adicional.

Los requisitos de pureza de esta agua son extremadamente estrictos. Las plantas de fabricación de semiconductores también necesitan grandes cantidades de agua ultrapura; una planta típica consume más de 2 millones de galones (8 millones de litros) al día.

Normas como la SEMI F63 y la ASTM D5127 establecen los requisitos relativos al agua ultrapura. Una vez que el agua alcanza estos niveles de pureza, se convierte en un disolvente agresivo. Por lo tanto, los materiales utilizados en las tuberías de proceso, los sistemas de control y los dispositivos de medición deben ser excepcionalmente puros y compatibles con la aplicación.

¿Qué aspectos debo tener en cuenta a la hora de seleccionar un transductor de presión para líquidos UHP utilizados en la industria de los semiconductores?

Un transductor de presión destinado a aplicaciones con líquidos UHP en la industria de los semiconductores debe combinar materiales en contacto con el líquido de alta pureza y químicamente compatibles con la precisión, la repetibilidad y la durabilidad que exige el proceso.

Debido a las duras condiciones de las aplicaciones con líquidos en el sector de los semiconductores, los instrumentos de presión, como el transductor de presión de fluoropolímero Ashcroft® ZL91, deben cumplir unos requisitos muy exigentes tanto en cuanto a la compatibilidad de los materiales como al rendimiento de la medición. A continuación se ofrecen más detalles sobre cada uno de estos aspectos:

1. Elige materiales compatibles y de alta calidad

Los materiales de los transductores de presión deben ser compatibles con los medios del proceso y minimizar el riesgo de contaminación.

Los fluoropolímeros de alta pureza, como el politetrafluoroetileno (PTFE) y el perfluoroalcoxi (PFA), se utilizan habitualmente en aplicaciones de líquidos para semiconductores debido a su resistencia química y a su capacidad para ayudar a prevenir la contaminación.

La compatibilidad de los materiales es especialmente importante cuando el transductor va a estar expuesto a ácidos agresivos, álcalis, suspensiones químicas o agua ultrapura.

2. Busca un rendimiento constante

La repetibilidad contribuye a garantizar que el transductor de presión proporcione mediciones uniformes cuando se aplican repetidamente las mismas condiciones de presión.

En la fabricación de semiconductores, es fundamental poder confiar en las mediciones que proporciona el instrumento. Lo ideal es que un transductor de presión ofrezca una lectura constante en todo momento, sin necesidad de realizar ajustes frecuentes del cero o del rango de medición.

3. Ten en cuenta la durabilidad

Un transductor de presión resistente debe soportar las condiciones mecánicas a las que pueda verse sometido sin que ello afecte al rendimiento de la medición.

Entre los posibles retos se pueden incluir:

• Conmoción
• Vibración
• Picos de presión
• Pulsación

Si el transductor no está diseñado adecuadamente para estas condiciones, la exposición a las mismas puede dañar el instrumento o afectar a su rendimiento. La elección de un transductor diseñado para entornos de trabajo exigentes puede contribuir a garantizar un funcionamiento fiable a largo plazo.

4. Confirma la precisión requerida

Las especificaciones de precisión del transductor de presión deben cumplir los requisitos del proceso específico de fabricación de semiconductores.

Hay que tener en cuenta la tecnología de detección y cómo define el fabricante la precisión del instrumento. Algunos instrumentos ofrecen una precisión de ±1 % del intervalo de medición nada más sacarlos de la caja, con los errores de ajuste del cero y del intervalo de medición ya incluidos en las especificaciones.

En estos casos, el transductor de presión puede instalarse sin necesidad de realizar ajustes de calibración adicionales para compensar esos errores de configuración iniciales.

¿Cómo elijo el transductor de presión adecuado para mi aplicación con líquidos a muy alta presión?

La elección del transductor de presión adecuado depende del fluido del proceso, del grado de pureza requerido, de las condiciones de funcionamiento y de las prestaciones de medición que requiera su aplicación en el sector de los semiconductores.

A la hora de evaluar un transductor de presión, hay que tener en cuenta lo siguiente:

• Medios de proceso: Identifique los ácidos, álcalis, suspensiones, agua ultrapura u otros líquidos que entrarán en contacto con el transductor.
• Materiales en contacto con el medio: Compruebe que los materiales sean químicamente compatibles con los medios y cumplan los requisitos de pureza de la aplicación.
• Precisión: Determina el nivel de precisión de medición necesario para el proceso.
• Repetibilidad: Busque un rendimiento de medición constante en condiciones de funcionamiento repetidas.
• Durabilidad: Tenga en cuenta los golpes, las vibraciones, los picos de presión y las pulsaciones que puedan producirse en el sistema.
• Requisitos de calibración: Averigüe si es necesario realizar ajustes de cero o de rango antes de la instalación.

La evaluación conjunta de estos factores puede ayudar a identificar un transductor de presión que ofrezca mediciones fiables y, al mismo tiempo, garantice la compatibilidad química y la pureza necesarias para los procesos con líquidos UHP en la industria de los semiconductores.

¿Quiere saber más?

La fabricación de semiconductores sigue evolucionando a medida que tecnologías como la inteligencia artificial (IA), la conducción autónoma y el Internet de las cosas (IoT) aumentan la demanda de dispositivos semiconductores avanzados. A medida que los procesos de fabricación evolucionen, los equipos de medición de presión seguirán desempeñando un papel importante en el mantenimiento del control de los procesos y la pureza.

Echa un vistazo a los recursos relacionados que aparecen a continuación o ponte en contacto con nosotros si necesitas ayuda para elegir una solución de medición de presión para tu aplicación de semiconductores. Mientras tanto, descarga nuestra guía para obtener más información.