Requisitos típicos para medição de microimpurezas na produção de semicondutores

O requisito para evitar a poluição é simples: os gases usados ​​em processos críticos, como a deposição de gases químicos ou a gravura de plasma, não devem conter oxigênio ou água.

Qualquer analisador ou sensor selecionado para umidade ou oxigênio deve ter níveis de detecção (LDL) abaixo de ppb. A medição é necessária perto do ponto de uso para reduzir a probabilidade de vazamentos após a medição, embora a qualidade do gás também possa ser verificada após o armazenamento.

Tecnologia comum de controle de oxigênio na fabricação de semicondutores

Normalmente, os sensores de zircónio e eletroquímicos são usados ​​para medir traces de oxigênio nessas aplicações.

A opção de sensor de oxigênio eletroquímico é a corrente / partículas ou bateria Hertz. Os benefícios destes produtos são o baixo limite inferior de detecção (LDL) de 100 ppt, a pequena área ocupada e a fácil instalação perto de cada ponto de uso. Ambas as tecnologias são extremamente confiáveis, com velocidades de resposta extremamente rápidas, desde leituras de ppm baixas até leituras de ppm altas. Os sensores usados ​​por analisadores eletroquímicos econômicos estão esgotados e precisam ser substituídos em 12 a 18 meses, dependendo da aplicação e do gás em que são medidos. No entanto, a substituição de sensores é muito fácil, não requer conhecimento especializado e geralmente é incluída em um plano regular. A bateria Hertz não precisa ser substituída, mas o eletrólito precisa ser enchido a cada algumas semanas.

Para muitos clientes, a inspeção regular do equipamento de controle é um arranjo diário de qualidade padrão que se aplicará independentemente do equipamento usado. No entanto, alguns podem pensar que isso aumenta os custos de manutenção.

A vantagem da tecnologia de sensores de oxigênio de zircónio é a resposta rápida a mudanças de condições, seja de baixos ppm para altos ppm ou de altos ppm para baixos ppm, e o sensor é não consumível. Ao contrário dos sensores eletroquímicos, a exposição ao ar não consome o sensor de zircónio.

A principal desvantagem é o limite inferior de detecção relativamente alto (cerca de 0,01 ppm O2), o que os torna inadequados para certas aplicações. Devido à temperatura excessiva do sensor, qualquer hidrocarboneto reagirá com o oxigênio no sensor e dará leituras baixas erradas.

Tecnologia comum de controle de umidade na fabricação de semicondutores

Existem geralmente três técnicas para medir a humidade em traços na fabricação de semicondutores:

A espectroscopia de decadência de cavidade (CRDS) oferece medições precisas, estáveis e rápidas graças à tecnologia de sensores ópticos. Dependendo do gás medido, o limite inferior de detecção do instrumento cai para 0,1 ppb. Devido ao custo relativamente alto, eles são usados principalmente em pontos de distribuição centrais. Se estiver contaminado, o trabalho de manutenção pode ser pesado e custoso.

Microequilíbrio de cristal de quartzo (QCM). Embora não sejam tão rápidos quanto os CRDS, esses analisadores têm um limite inferior de detecção de 0,05 ppmV e oferecem medições confiáveis de longo prazo e calibração automática. Devido ao tamanho da carcaça do analisador, apesar de uma vantagem significativa de custo em relação à tecnologia óptica, esses analisadores geralmente serão instalados em um local central, por exemplo, na distribuição de gás. Muitos modelos oferecem uma excelente relação custo-vida e períodos de manutenção prolongados.

Transmissor de ponto de orvalho de impedância cerâmica. Com uma alta relação custo-benefício, que é uma pequena fração do custo de outras tecnologias, o sensor é capaz de medir até 1ppbV, bem como compacto e fácil de instalar no ponto de uso. Para garantir a consistência das medições, é necessária uma recalibração anual. No entanto, isso pode ser executado pelo usuário ou combinado com outras manutenções regulares no sistema. Quando o usuário participa do programa de substituição de sensores do fabricante, seu sensor recebe efetivamente uma garantia vitalícia.

Importância da amostragem

Seja para medir oxigênio ou umidade, a decisão correta de amostragem é tão importante quanto a escolha do analisador certo, pois a velocidade e a precisão da medição dependem de todas as partes do sistema, e não apenas da tecnologia de sensores. O tipo de tubo de amostragem é importante e escolha os acessórios adequados para medições de baixo nível. Idealmente, tubos de aço inoxidável electropolidos com acessórios de alta integridade devem ser usados.

Se você quiser comprar um sistema de medição de umidade ou oxigênio, certifique-se de considerar a amostragem na fase inicial da tomada de decisão e, sempre que possível, ouvir o conselho de especialistas. Somente a combinação correta de analisador e sistema de amostragem pode fornecer melhores resultados, evitar danos prematuros e garantir resultados de medição confiáveis e consistentes.

Resumo

Esperamos que este breve artigo dê alguns insights sobre as muitas opções de medição precisa de umidade e oxigênio em traços no mercado atual para a fabricação de semicondutores.

A ampla gama de tecnologias, analisadores e marcas no mercado oferece aos usuários a oportunidade de escolher as aplicações adequadas em termos de desempenho e orçamento. No entanto, é sempre uma boa ideia consultar um especialista antes de tomar uma decisão, especialmente para um sistema que mede vários parâmetros, para garantir a compatibilidade entre a técnica e os componentes de amostragem.