Líquido, demasiado crítico, en forma de gas: limpieza de obleas de silicio con dióxido de carbono supercrítico

Componentes electrónicos como los circuitos integrados (ICs) se fabrican a partir de obleas de silicio. Son los componentes básicos de todos los dispositivos electrónicos, incluyendo portátiles, tablets, teléfonos inteligentes, cámaras y televisores LCD. (Fuente: LEWA GmbH)

Al calentar a más de 35°C, el CO₂ alcanza su estado supercrítico, lo que significa que el SCCO₂ está entre el gas y el líquido. En este estado, posee excelentes propiedades solventes contra ciertas impurezas no polares, como resinas y partículas. (Fuente: LEWA GmbH)

La bomba de membrana está instalada en un denominado "Gabinete de limpieza de obleas". En este, el CO₂ líquido se comprime con la bomba de membrana en la cámara de proceso a al menos 75 bar para lograr las propiedades de limpieza correspondientes. (Fuente: LEWA GmbH) / La bomba de membrana está instalada en un gabinete de limpieza de obleas donde comprime el CO₂ líquido a al menos 75 bar para alcanzar las propiedades de limpieza apropiadas. (Fuente: LEWA GmbH)

La limpieza desempeña un papel esencial en la producción de obleas de silicio para garantizar una conductividad y funcionamiento adecuados de los circuitos integrados (CI) producidos a partir de ellas. Para ello, la rugosidad superficial de las obleas debe reducirse a unos pocos nanómetros en varios pasos de trabajo y las obleas deben limpiarse durante los procesos de fabricación. El avanzado método de limpieza con CO₂ supercrítico (en inglés, SCCO₂) ofrece varias ventajas en comparación con el método establecido anteriormente, que consistía en limpiar en un baño ultrasónico con agua y productos químicos, especialmente en lo que respecta a la eliminación de partículas metálicas. Esto resultaba difícil en procesos húmedos. Las bombas de membrana de LEWA GmbH han demostrado ser muy eficaces en la industria de semiconductores para la limpieza de obleas con CO₂. En este proceso, el CO₂ se comprime en la cámara de proceso del sistema de limpieza mediante una bomba de membrana a al menos 75 bar y luego se calienta a más de 35 °C. De este modo, el CO₂ pasa del estado líquido al estado supercrítico (en inglés: supercritical). LEWA cuenta con la experiencia necesaria en el manejo de gases líquidos y dispone en su gama de productos de bombas de tecnología óptima, como las series Ecoflow y Triplex. El certificado de compatibilidad con salas limpias de la Sociedad Fraunhofer (Fraunhofer IPA - TESTED DEVICE®) confirma que las bombas cumplen con los estándares y directrices reconocidos para salas limpias.

Los componentes electrónicos, como los circuitos integrados (en corto, CI), se fabrican a partir de obleas de silicio. Se trata de los componentes básicos en cualquier dispositivo electrónico de imagen, como portátiles, tablets y teléfonos inteligentes, cámaras y televisores LCD. La producción de las obleas implica un proceso complejo que abarca más de 100 pasos de fabricación y dura varias semanas. Muchos de estos pasos se completan mediante un proceso de limpieza, que es crucial para obtener un resultado de alta calidad en las diferentes etapas de fabricación. En el pasado, y en algunos casos todavía hoy, la limpieza de las obleas se realizaba principalmente mediante baños ultrasónicos en agua o con productos químicos. Este método es, por un lado, muy laborioso, y, por otro, el alto consumo de agua y la gestión de residuos químicos representan factores ambientales y de coste. Además, los resultados de la limpieza húmeda no siempre son perfectos, mientras que la limpieza con CO₂ supercrítico ofrece varias ventajas para la industria de semiconductores. «En la limpieza de obleas, tanto el proceso como la tecnología utilizada están en constante desarrollo», explica Joachim Bund, jefe de la división de ventas de Procesos Industriales y Downstream en LEWA. «En la industria de semiconductores, hay numerosos fabricantes de renombre que ya han adoptado completamente el método de limpieza con dióxido de carbono mediante bombas de membrana.»

Proceso de limpieza con CO₂ y bombas de membrana en sala limpia

LEWA fabrica bombas dosificadoras de membrana aptas para salas limpias, con membranas de PTFE en forma de sándwich, especialmente adecuadas para este proceso. La fiabilidad, una dosificación absolutamente limpia y libre de partículas, la posibilidad de limpieza en línea, así como una alta precisión y reproducibilidad en los resultados, son parámetros esenciales en esta aplicación. Una señal de fallo de membrana especialmente desarrollada ofrece seguridad adicional en el proceso. La bomba de membrana se instala en un denominado «Armario de limpieza de obleas». En este, el CO₂ líquido se comprime en la cámara de proceso de la unidad de limpieza mediante la bomba de membrana a al menos 75 bar para lograr las propiedades de limpieza correspondientes. «En un paso siguiente, el dióxido de carbono se calienta mediante un intercambiador de calor a más de 35 °C», explica Claudia Schweitzer, gerente de producto en LEWA, el proceso. De este modo, el CO₂ alcanza su estado supercrítico, que físicamente representa una mezcla entre gas y líquido. En este estado, posee excelentes propiedades de disolución contra ciertos contaminantes, como los resist en foto y las capas metálicas superiores. Debido a su viscosidad muy baja en este estado, el SCCO₂ penetra en las grietas y estructuras más pequeñas de la oblea. Tras la limpieza, se realiza un enjuague con CO₂ puro para asegurarse de que no queden residuos en la oblea. Luego, se reduce la presión en el sistema, lo que provoca la sublimación del CO₂. Al pasar directamente a la fase gaseosa, todos los componentes se secan completamente tras la limpieza y quedan libres de residuos y contaminantes. La limpieza con SCCO₂ es más respetuosa con el medio ambiente y más económica que los métodos tradicionales.

El calor de compresión requiere una carcasa de enfriamiento adicional

En el área de transporte de gases líquidos, LEWA cuenta con años de experiencia en proyectos muy diversos. En particular, la generación de calor de compresión no deseado juega un papel importante en la compresión de CO₂ y otros gases. «El enfriamiento siempre es un tema central en los gases líquidos, ya que durante la compresión en la cabeza de la bomba se genera calor», explica Bund. «Cuando el fluido se acerca a su punto de ebullición, existe el riesgo de que se forme vapor en la succión. Este efecto también se conoce como cavitación en la succión». Para prevenir este proceso no deseado, LEWA equipa sus bombas con una carcasa de enfriamiento adicional que evita la cavitación en el CO₂. Además, el enfriamiento mejora la eficiencia hidráulica de la bomba.

La selección de materiales de las partes en contacto con el fluido se ajusta de forma individual a cada proceso. Esto incluye, por ejemplo, la reducción de la cantidad de metales en contacto con el fluido, así como requisitos específicos sobre la calidad superficial de la cabeza de la bomba. Estos parámetros y datos de materiales se adaptan según las necesidades del proceso. «De esta manera, podemos configurar el equipo adecuado para cada tarea de limpieza», resume Bund.