Cảm biến áp suất UHP – Thiết bị quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn

Việc sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi công nghệ đo áp suất phải đáp ứng các tiêu chuẩn rất cao. Trong quy trình này, cảm biến áp suất thường được sử dụng theo thiết kế UHP (viết tắt của “ultra high purity” – độ tinh khiết siêu cao). Bài viết này sẽ tìm hiểu lý do vì sao cần những thiết bị chất lượng cao như vậy và chúng phải có những đặc điểm gì.

Tác động của môi trường sản xuất chất bán dẫn

Trong quá trình sản xuất chất bán dẫn, cảm biến áp suất phải tiếp xúc với các loại khí có tính ăn mòn mạnh, độc hại hoặc thậm chí là khí dễ cháy – tức là các loại khí có thể bắt lửa ở nhiệt độ phòng. Điều này đặc biệt đúng trong các quy trình như “lắng đọng hơi hóa học” (CVD), nơi lớp vật liệu được phủ lên bề mặt nền silicon. Do các bước trong quy trình sản xuất vi mạch hiện đại rất nhạy cảm, toàn bộ quy trình này đòi hỏi phải đạt độ tinh khiết cực cao. Ngoài ra, phải đảm bảo không có nguy cơ rò rỉ khí ra ngoài.

Độ tinh khiết

Trong quá trình sản xuất cảm biến áp suất UHP, mức độ sạch sẽ cao nhất là yếu tố thiết yếu nhằm ngăn ngừa nguy cơ nhiễm bẩn. Vì vậy, các cảm biến áp suất dùng trong sản xuất chất bán dẫn được chế tạo trong phòng sạch đạt chuẩn ISO 5. Sau đó là quy trình làm sạch kép để loại bỏ hoàn toàn dư lượng từ quá trình sản xuất: trước tiên bằng nước cất, sau đó bằng isopropanol.

Hình 1. Cảm biến áp suất UHP

Sau khi sấy khô, cảm biến sẽ được xả lại một lần nữa bằng khí siêu tinh khiết. Cuối cùng, thiết bị được đóng gói kép: chính việc “đóng gói kép” này giúp đưa cảm biến áp suất vào phòng sạch của khách hàng một cách an toàn và sạch sẽ.

Khả năng chống rò rỉ

Toàn bộ dòng sản phẩm UHP đều có chỉ số rò rỉ cực kỳ thấp. Điều này đạt được nhờ vào quy trình hàn quỹ đạo được kiểm soát chặt chẽ. Để chứng minh tính kín khí, tất cả các thiết bị đều trải qua kiểm tra rò rỉ bằng khí heli. Đặc biệt chú ý đến điểm nối giữa cảm biến áp suất UHP và ứng dụng, nhất là phần gioăng kín.

Các loại gioăng làm từ vật liệu polymer thông thường không thể sử dụng vì không đáp ứng được yêu cầu về độ tinh khiết – chúng có thể thoát khí và làm nhiễm bẩn quy trình. Giải pháp thay thế là các đầu nối có ren với mép kín, giữa các mép này được đặt một gioăng kim loại. Loại gioăng này được làm từ vật liệu mềm hơn so với ren, do đó có thể thích nghi với hình dạng của mép kín. Kết quả là điểm nối quy trình được đảm bảo an toàn.

Vật liệu

Do yêu cầu cao về độ tinh khiết trong sản xuất chất bán dẫn, cảm biến áp suất UHP phải đảm bảo chất lượng bề mặt tương ứng. Điều này được đáp ứng bằng cách sử dụng loại thép không gỉ đồng nhất và không chứa tạp chất. Vật liệu này, được gọi là “double melt” (luyện kép), đạt được đặc tính cao cấp nhờ quy trình nấu chảy trong môi trường chân không. Quá trình điện phân sẽ làm bề mặt của các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng trở nên mịn và đồng đều.

Để thực hiện điều này, các chi tiết sẽ được đặt vào dung dịch điện phân và nối vào cực dương. Phản ứng điện hóa trong quá trình này mang lại hai tác dụng: vừa làm mòn vật liệu để tạo bề mặt có độ nhám trung bình ≤ 13 µm, vừa tạo ra một lớp ôxít giúp thụ động hóa bề mặt. Nhờ vậy, các bộ phận bằng thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn và chống rỗ bề mặt tốt hơn.

Nguồn: Theo Blog Wika