Folyékony, túl kritikus, gáz halmazállapotú: Szilícium-wafer tisztítása túl kritikus szén-dioxid felhasználásával

Elektronikus alkatrészek, például integrált áramkörök (röviden IC-k), szilíciumlapkákból készülnek. Ezek minden elektronikus eszköz alapvető összetevői, például laptopok, tabletek, okostelefonok, kamerák és LCD televíziók. (Forrás: LEWA GmbH)

A 35°C feletti felmelegítés során a CO₂ eléri szuperkritikus állapotát, ami fizikai értelemben egy gáz- és folyadékfázis keverékét jelenti. Ebben az állapotban kiváló oldószer tulajdonságokkal rendelkezik bizonyos nem polar szennyeződések, például gyanták és részecskék ellen. (Forrás: LEWA GmbH)

A membránszivattyú egy úgynevezett „Wafer Cleaning Cabinet”-ben van telepítve. Ebben a folyékony CO₂-t a membránszivattyú a folyamatkamrában legalább 75 bar-ra sűríti, hogy elérje a megfelelő tisztítási tulajdonságokat. (Forrás: LEWA GmbH) / A membránszivattyú egy wafer tisztító szekrényben van telepítve, ahol a folyékony CO₂-t legalább 75 bar-ra sűríti, hogy elérje a megfelelő tisztítási tulajdonságokat. (Forrás: LEWA GmbH)

A tisztaság alapvető szerepet játszik a szilícium-wafer gyártásában, hogy biztosítsa a megfelelő vezetőképességet és a belőlük készült integrált áramkörök (IC-k) működését. Ennek során a wafer felületi érdességét több lépésben néhány nanométerre kell csökkenteni, és a wafereket tisztítani kell a feldolgozási folyamatok során. Az előrehaladott tisztítási eljárás, az ún. szuperkritikus CO2 (angolul SCCO2) alkalmazása számos előnnyel jár a korábban alkalmazott, víz és vegyszerek ultrahangos fürdőben történő tisztításához képest, különösen a fémrészecskék eltávolításában. Ez utóbbi folyamat nehézkes volt nedves eljárások esetén. A LEWA GmbH membránszivattyúi kiválóan bizonyítottak a félvezetőiparban a wafer tisztításában CO₂-vel. Ebben az esetben a CO₂-t a tisztítógép folyamatkamrájában membránszivattyúval legalább 75 bar nyomásra sűrítik, majd 35 °C fölé melegítik. Ezáltal a CO₂ átmegy a folyékony állapotból a szuperkritikus (angolul: supercritical) állapotba. A LEWA rendelkezik a szükséges szakismeretekkel a folyékony gázok kezelésében, és az Ecoflow és Triplex sorozatú membránszivattyúk kiválóan alkalmasak erre a technológiára. A Fraunhofer-Gesellschaft (Fraunhofer IPA - TESTED DEVICE®) által kiállított tisztatéri megfelelőségi tanúsítvány igazolja a szivattyúk megfelelőségét a szabványoknak és irányelveknek megfelelően.

A például integrált áramköröket (röviden IC-ket) szilícium-waferekből gyártják. Ezek az alapvető alkatrészek minden képalkotó elektronikus eszközben, például laptopokban, tabletekben, okostelefonokban, kamerákban és LCD-televíziókban találhatók. A waferek gyártása összetett folyamat, amely több mint 100 gyártási lépést foglal magában, és több hétig tart. Sok lépést tisztítási folyamat zár le, amely döntő fontosságú a különböző gyártási szintek magas minőségű eredményéhez. Korábban – és részben ma is – a waferek tisztítását főként ultrahangos víz vagy vegyszerek alkalmazásával végezték. Ez az eljárás egyrészt nagyon időigényes, másrészt a magas vízfogyasztás és a vegyszerek hulladékkezelése környezeti és költségkérdés. Gyakran a nedves tisztítás eredménye sem tökéletes, míg az ún. szuperkritikus CO₂ alkalmazásának számos előnye van a félvezetőiparban. „A wafertisztítás során a folyamat és a használt technológia folyamatos fejlődésen megy keresztül” – magyarázza Joachim Bund, a LEWA Process Industry & Downstream értékesítési igazgatója. „A félvezetőiparban számos neves gyártó már teljesen áttért a szén-dioxid alapú tisztítási eljárásra membránszivattyúkkal.”

CO₂-tisztítás membránszivattyúkkal tisztatérben

A LEWA tisztatéri megfelelőségű membránadagoló szivattyúkat gyárt PTFE-szendvics membránnal, amelyek különösen alkalmasak erre az eljárásra. A megbízhatóság, a teljesen tiszta, részecskementes adagolás, az inline tisztítás lehetősége, valamint a magas adagolási pontosság és eredmények reprodukálhatósága alapvető paraméterek ebben az alkalmazásban. Egy különösen kifejlesztett membránrepedés-figyelő rendszer további folyamatbiztonságot nyújt. A membránszivattyú egy ún. „Wafer Cleaning Cabinet”-be van telepítve. Ebben a rendszerben a folyékony CO₂-t a membránszivattyú a folyamatkamrában legalább 75 bar nyomásra sűríti, hogy elérje a megfelelő tisztítási tulajdonságokat. „A következő lépésben a szén-dioxidat hőcserélővel 35 °C fölé melegítjük” – magyarázza Claudia Schweitzer, a LEWA termékmenedzsere a folyamatot. Ezzel a CO₂ eléri a szuperkritikus halmazállapotot, amely fizikailag egy gáznemű és folyékony halmazállapot közötti keverék. Ebben az állapotban kiváló oldóképességgel rendelkezik bizonyos szennyeződések, például fényesedésre (photoresists) és a fölötte lévő fémrétegekre. A rendkívül alacsony viszkozitás miatt a SCCO₂ behatol a legkisebb résekbe és struktúrákba a waferen. A tisztítás után a rendszerben tiszta CO₂-t vezetnek át, hogy biztosítsák, hogy a waferen ne maradjanak hátramaradt anyagok. Ezután a rendszer nyomását csökkentik, így a CO₂ szublimál. Ez a közvetlen átmenet a gázfázisba minden összetevőt teljesen megszárít, és mentesít a maradványoktól és szennyeződésektől. A SCCO₂-alapú tisztítás környezetbarátabb és gazdaságosabb, mint a hagyományos tisztítási módszerek.

Kompressziós hő és a kiegészítő hűtőburkolat szükségessége

A folyékony gázok szállításában a LEWA többéves, széleskörű tapasztalattal rendelkezik különböző projektekből. Különösen a nem kívánt kompressziós hő keletkezése játszik fontos szerepet a CO₂ és más gázok sűrítésében. „A hűtés mindig központi kérdés a folyékony gázok esetében, mivel a sűrítés során hő keletkezik” – magyarázza Bund. „Amikor a közeg közelít a forráspontjához, fennáll a veszélye, hogy a szívócsonkon gőz keletkezik. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik” – teszi hozzá. Ennek megelőzése érdekében a LEWA a szivattyúkészülékeket kiegészítő hűtőburkolattal látja el, amely megakadályozza a kavitációt CO₂ esetén. A hűtés továbbá javítja a szivattyú hidraulikus hatékonyságát.

A folyadékvezető alkatrészek anyagválasztása az adott folyamat igényeihez igazodik. Ez magában foglalja például az anyagok arányának csökkentését, amelyek érintkeznek a közeggel, valamint speciális követelményeket a szivattyúfej felületének minőségére. Ezek az egyedi paraméterek és anyagadatok a folyamat követelményei szerint kerülnek kialakításra. „Ezzel minden tisztítási feladatra a megfelelő egységet tudjuk konfigurálni” – összegzi Bund.