De productie van halfgeleiders stelt hoge eisen aan de drukmeettechniek. Drukopnemers worden daar bijvoorbeeld ingezet in een UHP (ultra high purity) uitvoering. In dit artikel wordt ingegaan op de vraag waarom dergelijke hoogwaardige instrumenten nodig zijn en welke eigenschappen zij moeten hebben.
Tijdens de halfgeleiderproductie worden de drukopnemers blootgesteld aan zeer agressieve, toxische of zelfs pyrofiele gassen, d.w.z. gassen die bij kamertemperatuur ontvlambaar zijn. Dit geldt bijvoorbeeld voor “chemical vapour deposition” (CVD), waarbij laagmateriaal op een siliciumsubstraat wordt afgezet. Gezien de gevoelige processtappen moet het gehele fabricageproces voor de microscopisch kleine circuits van moderne chips zeer zuiver zijn. Bovendien mag er geen gevaar zijn van ontsnappend gas.
Voor toepassingen in de halfgeleiderindustrie heeft WIKA de UHP-drukopnemers van de WU-serie ontwikkeld. Met het oog op de veiligheid van mens en milieu, alsook voor een vlotte productie, zijn voor deze sensoren drie criteria van cruciaal belang:
De UHP-drukopnemers van de WU-serie van WIKA voldoen aan de toepassingscriteria van de halfgeleiderproductie.
Zuiverheid
Bij de productie van UHP-drukopnemers is de hoogste graad van zuiverheid essentieel om verontreiniging uit te sluiten. De opnemers voor de halfgeleiderproductie worden daarom vervaardigd in een clean room volgens ISO 5. Daarna volgt een dubbel reinigingsproces om productieresten te verwijderen: eerst met gedestilleerd water en vervolgens met isopropanol. Na het drogen volgt nog een spoeling, ditmaal met ultrapuur gas. Het instrument wordt vervolgens dubbel verpakt: Deze “double bagging” maakt het mogelijk de drukopnemers schoon in de clean room van de klant te brengen.
Lekdichtheid
De gehele UHP productfamilie heeft extreem lage lekkagewaarden. Deze worden bereikt door zorgvuldig gecontroleerde orbitale lasprocessen. Om dit te bewijzen ondergaan alle instrumenten een heliumlektest. Bijzondere aandacht wordt besteed aan de verbinding tussen de UHP drukopnemer en de toepassing, met name de afdichting. Conventionele polymeerafdichtingen zijn vanwege de zuiverheidseisen uit den boze. Ze zouden gaan uitgassen en zo het proces verontreinigen. Het alternatief bestaat uit schroefdraadverbindingen met afdichtlippen waartussen een metalen afdichting wordt geplaatst. Een dergelijke afdichting is gemaakt van een zachter materiaal dan de schroefdraadverbinding zelf en past zich dus aan de vorm van de afdichtingslip aan. De procesverbinding is dus veilig.
Materiaal
Vanwege de vereiste zuiverheid in de halfgeleiderproductie moeten de UHP-drukopnemers een overeenkomstige oppervlaktekwaliteit behouden. Dit wordt bereikt door een bijzonder homogeen en insluitingsvrij roestvrij staal te gebruiken. Dit materiaal, bekend als “double melt”, verkrijgt zijn hoogwaardige eigenschappen door het smelten onder vacuüm. Het elektrolytisch polijsten zorgt voor een glad, gelijkmatig oppervlak van de bevochtigde delen. Daartoe worden de werkstukken in een elektrolytoplossing geplaatst en als anode verbonden. De elektrochemische reactie op dit proces heeft een tweeledig effect: het leidt tot materiaalverwijdering, wat resulteert in een oppervlak met een gemiddelde oppervlakteruwheid van ≤ 13 µm. Tegelijkertijd wordt een oxidelaag gevormd, die het oppervlak passiveert. De roestvaststalen onderdelen vertonen daardoor een verhoogde weerstand tegen corrosie en pitting.
Opmerking
Meer informatie over onze UHP drukopnemers vindt u op de WIKA website. Indien u vragen heeft, zal uw contactpersoon u graag verder helpen.