Los patrones a escala submicrónica grabados en los chips microprocesadores son complejos y densos, con unos 4 km grabados por centímetro cuadrado de superficie del dispositivo. A esta escala, incluso la presencia de unas pocas moléculas de agua u oxígeno que contaminen los gases inertes del proceso provocará una pérdida de rendimiento al reaccionar con los productos químicos superpuestos en las obleas.
Los fabricantes están sometidos a la presión de maximizar el rendimiento para mantener los costes.
Con los fabricantes sometidos a la presión de maximizar los rendimientos para mantener los costes bajos, el uso de analizadores de oxígeno para controlar la pureza de los gases de proceso es vital.
La pureza de los gases de proceso es un factor clave en la fabricación de productos de alta calidad.
Los requisitos para evitar la contaminación son sencillos: no debe haber oxígeno ni humedad en los gases utilizados durante procesos clave como el depósito químico en fase vapor o el grabado por plasma.
Cualquier analizador o sensor seleccionado para la humedad o el oxígeno debe tener un nivel de detección inferior (LDL) de hasta partes por billón. Las mediciones deben realizarse cerca del punto de uso para reducir la posibilidad de que se produzcan fugas después de haber realizado las mediciones, aunque también pueden realizarse comprobaciones de la calidad del gas después de su almacenamiento.
Típicamente, el óxido de circonio y los sensores electroquímicos se utilizan para las mediciones de trazas de oxígeno en estas aplicaciones.
Las opciones de detección electroquímica de oxígeno son galvánico/Pico-Ion o las celdas Hersch. Éstas ofrecen las ventajas de un LDL de 100 partes por billón y un tamaño reducido, lo que facilita su instalación cerca de cada punto de uso. Ambas tecnologías son muy fiables y responden con rapidez desde lecturas de ppm bajas a altas. Los rentables analizadores galvánicos utilizan sensores que se agotan y deben sustituirse en periodos de 12 a 18 meses, según la aplicación y el gas que midan. Sin embargo, la sustitución de los sensores es extremadamente fácil de realizar sin necesidad de conocimientos expertos, y a menudo se incorpora a un programa rutinario. Las células Hersch no necesitan sustituirse, pero el electrolito debe rellenarse cada pocas semanas.
Para muchos clientes, una comprobación periódica del equipo de control es una rutina de calidad estándar que se aplicará independientemente del equipo que se esté utilizando. Para algunos, sin embargo, puede suponer un aumento de los costes de mantenimiento.
La ventaja de la tecnología de detección de oxígeno de óxido de circonio es la rápida velocidad de respuesta a condiciones cambiantes, ya sea de ppm bajas a altas o de altas a bajas, así como el hecho de que los sensores no se agotan. A diferencia de los sensores electroquímicos, la exposición al aire no consume los sensores de óxido de circonio.
La principal desventaja es el LDL relativamente alto (alrededor de 0,01ppm de O2) que los hace inadecuados para algunas aplicaciones. Cualquier hidrocarburo presente reaccionará con el oxígeno en el sensor debido a su alta temperatura y dará una falsa lectura baja.
Hay tres tecnologías que suelen seleccionarse para medir la humedad de trazas en la fabricación de semiconductores:
La espectroscopia de anillo descendente de cavidad (CRDS) ofrece mediciones precisas, estables y rápidas gracias a la tecnología del sensor óptico. Los instrumentos tienen un LDL de hasta 0,1 ppb en función del gas medido. Debido a su coste relativamente elevado, se utilizan principalmente en puntos de distribución centrales. En caso de Contaminación, el Mantenimiento puede ser extenso y costoso.
Microbalanza de cristal de cuarzo (QCM). Aunque no son tan rápidos como los CRDS, estos analizadores tienen un LDL de 0,05 ppmV y ofrecen mediciones fiables a largo plazo con función de autocalibración. Debido al tamaño del alojamiento del analizador, y a pesar de las importantes ventajas de coste frente a las tecnologías ópticas, estos analizadores se instalan normalmente en ubicaciones centrales, por ejemplo, en la distribución de gas. Muchos modelos ofrecen una muy buena relación coste-vida útil con periodos de mantenimiento prolongados.
Transmisores de punto de rocío de impedancia cerámica. Estos sensores, muy rentables y con un coste muy inferior al de otras tecnologías, son capaces de medir hasta 1ppbV, además de ser pequeños y fáciles de instalar en el punto de uso. Para garantizar mediciones uniformes, es necesario recalibrar los sensores una vez al año. Sin embargo, el usuario puede llevar a cabo esta tarea, que podría combinarse con otras tareas rutinarias de mantenimiento del sistema. Al participar en un programa de intercambio de sensores del fabricante, el usuario recibe efectivamente una garantía de por vida para su sensor.
Independientemente de si se trata de una medición de oxígeno o de humedad, tomar la decisión correcta sobre el muestreo es tan importante como seleccionar el analizador adecuado, ya que la velocidad y la precisión de las mediciones dependen de todas las partes del sistema, no sólo de la tecnología del sensor. El tipo de tubo de muestreo utilizado es primordial, al igual que la selección de los accesorios adecuados para las mediciones de bajo nivel. Lo ideal es utilizar tubos de acero inoxidable electropulido con racores de alta integridad.
Si está pensando en adquirir un sistema de medición de humedad u oxígeno, tenga siempre en cuenta el muestreo en las primeras fases de toma de decisiones y déjese asesorar por expertos siempre que sea posible. Sólo la combinación adecuada de analizador y sistema de muestreo ofrecerá unos resultados óptimos, evitando daños prematuros y garantizando unos resultados de medición fiables y coherentes.
Esperamos que este breve artículo haya aportado alguna información sobre las numerosas opciones disponibles actualmente en el mercado para realizar mediciones precisas de trazas de humedad y oxígeno para la fabricación de semiconductores.
La amplia gama de tecnologías, analizadores y marcas del mercado ofrece a los usuarios la oportunidad de seleccionar el que mejor se adapte a su aplicación, en términos de rendimiento y presupuesto. Sin embargo, siempre es una buena idea buscar el asesoramiento de un experto antes de tomar una decisión, especialmente si se trata de un sistema que medirá más de un parámetro para asegurarse de que las tecnologías y los componentes de muestreo son compatibles.
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