Oxigênio e umidade: uma combinação cara

Requisitos típicos para medições de traços de impureza na fabricação de semicondutores

Os requisitos para evitar a contaminação são simples: nenhum oxigênio ou umidade deve estar presente nos gases usados durante os principais processos, como a deposição de vapor químico ou a gravação a plasma.

Qualquer analisador ou sensor selecionado para umidade ou oxigênio deve ter um nível de detecção mais baixo (LDL) até partes por bilhão. As medições precisam ser feitas perto do ponto de uso para reduzir a chance de ocorrerem vazamentos após a realização das medições, embora também possam ser feitas verificações da qualidade do gás após o armazenamento.

Tecnologias comumente usadas para controle de oxigênio em processos de fabricação de semicondutores

Tipicamente, o óxido de zircônio e os sensores eletroquímicos são usados para medições de traços de oxigênio nessas aplicações.

As opções de detecção eletroquímica de oxigênio são galvanic/Pico-Ion ou células Hersch. Elas oferecem as vantagens de um LDL de 100 partes por trilhão e uma pequena área ocupada, o que facilita a instalação perto de cada ponto de uso. Ambas as tecnologias são muito confiáveis e respondem rapidamente de leituras de ppm baixas a altas. Os analisadores galvânicos econômicos usam sensores que se esgotam e precisam ser substituídos em períodos de 12 a 18 meses, dependendo da aplicação e do gás em que são medidos. No entanto, a substituição dos sensores é extremamente fácil de ser feita sem a necessidade de conhecimento especializado e, muitas vezes, é incorporada a uma programação de rotina. As células Hersch não precisam ser substituídas, mas o eletrólito precisa ser completado a cada poucas semanas.

Para muitos clientes, uma verificação periódica do equipamento de controle é uma rotina de qualidade padrão que será aplicada independentemente do equipamento que estiver sendo usado. Alguns, no entanto, podem ver isso como um aumento nos custos de manutenção.

a vantagem do A principal vantagem da tecnologia de detecção de oxigênio por óxido de zircônio é a rápida velocidade de resposta às mudanças de condições, seja de baixo para alto ppm ou de alto para baixo, bem como o fato de os sensores não se esgotarem. Ao contrário dos sensores eletroquímicos, a exposição ao ar não consome os sensores de óxido de zircônio.

A principal desvantagem é o LDL relativamente alto (cerca de 0,01 ppm de O2), o que os torna inadequados para algumas aplicações. Qualquer hidrocarboneto presente reagirá com o oxigênio no sensor devido ao seu sensor de alta temperatura e dará uma falsa leitura baixa.

Tecnologias comumente usadas para controle de umidade na fabricação de semicondutores

Há três tecnologias normalmente selecionadas para a medição de traços de umidade na fabricação de semicondutores:

A espectroscopia de cavidade ring-down (CRDS) oferece medições precisas, estáveis e rápidas devido à tecnologia de sensor óptico. Os instrumentos têm um LDL de até 0,1 ppb, dependendo do gás medido. Devido aos custos relativamente altos, seu uso é feito principalmente em pontos de distribuição centrais. Se contaminados, a manutenção pode ser extensa e cara.

Microbalança de Cristal de Quartzo (QCM). Embora não sejam tão rápidos quanto o CRDS, esses analisadores têm um LDL de 0,05 ppm_V e oferecem medições confiáveis de longo prazo com funcionalidade de calibração automática. Devido ao tamanho do gabinete do analisador e apesar das vantagens significativas de custo em relação às tecnologias ópticas, esses analisadores normalmente são instalados em locais centrais, por exemplo, na distribuição de gás. Muitos modelos oferecem uma relação custo-benefício muito boa com períodos de manutenção prolongados.

Transmissores de ponto de orvalho de impedância cerâmica. Muito econômicos, com uma fração dos custos das outras tecnologias, os sensores são capazes de medir até 1ppb_V, além de serem pequenos e facilmente instalados no ponto de uso. Para garantir medições consistentes, é necessária uma recalibração anual. No entanto, isso pode ser feito pelo usuário e pode ser combinado com outras manutenções de rotina no sistema. Ao participar de um programa de troca de sensores do fabricante, o usuário recebe efetivamente uma garantia vitalícia para o seu sensor.

Importância da amostragem

Não importa se é uma medição de oxigênio ou umidade, tomar a decisão certa sobre a amostragem é tão importante quanto selecionar o analisador correto, pois a velocidade e a precisão das medições dependem de todas as partes do sistema, não apenas da tecnologia do sensor. O tipo de tubo de amostragem usado é fundamental, assim como a seleção de conexões adequadas para medições de baixo nível. O ideal é usar um tubo de aço inoxidável eletropolido com conexões de alta integridade.

Se estiver pensando em comprar um sistema de medição de umidade ou oxigênio, sempre considere a amostragem nos estágios iniciais da tomada de decisão e, sempre que possível, peça a orientação de um especialista. Somente a combinação certa de analisador e sistema de amostragem oferecerá os melhores resultados, evitando danos prematuros e garantindo resultados de medição confiáveis e consistentes.

Resumo

Esperamos que este breve artigo tenha dado uma ideia das muitas opções atualmente disponíveis no mercado para fazer medições precisas de traços de umidade e oxigênio para a fabricação de semicondutores.

A ampla variedade de tecnologias, analisadores e marcas no mercado oferece aos usuários a oportunidade de selecionar a melhor opção para sua aplicação, em termos de desempenho e orçamento. Entretanto, é sempre uma boa ideia procure orientação especializada antes de tomar uma decisão, especialmente se for para um sistema que medirá mais de um parâmetro, para ter certeza de que as tecnologias e os componentes de amostragem são compatíveis.