Los pasadores de soporte de las obleas cerámicas son componentes pequeños pero fundamentales en equipos de procesamiento de semiconductores. Sirven para sujetar, levantar, colocar o separar temporalmente las obleas durante su traslado entre un brazo robótico, una cámara de proceso, una placa de sujeción electrostática, una placa de sujeción al vacío o una plataforma para obleas.
Aunque su geometría es relativamente sencilla, los pasadores de soporte de las obleas entran en contacto directo con las superficies sensibles de las mismas o se acercan a ellas. Por lo tanto, las variaciones en la altura de los pasadores, la geometría de la punta, la calidad del material o la limpieza de la superficie pueden provocar la inclinación de la oblea, tensiones localizadas, arañazos, partículas y errores de posicionamiento.
A medida que las obleas de silicio, carburo de silicio, zafiro, nitruro de galio y otros semiconductores se vuelven más finas y valiosas, la calidad del diseño y la fabricación de los pasadores de soporte cobra cada vez más importancia.
En este artículo se explica cómo la selección de materiales, la uniformidad de la altura, la planitud, el acabado superficial y el control de partículas influyen en el rendimiento de la manipulación de obleas.
¿Qué son los pasadores de soporte para obleas cerámicas?
Los pasadores de soporte para obleas cerámicas son componentes de precisión que se utilizan para sostener o desplazar las obleas dentro de los equipos de fabricación de semiconductores.
Dependiendo del diseño del equipo, también pueden denominarse:
- pasadores de elevación de obleas;
- pasadores de elevación de cerámica;
- pasadores de posicionamiento de obleas;
- pilares de soporte de obleas;
- pasadores de posicionamiento de cerámica;
- pasadores de elevación del mandril;
- pasadores de sujeción del sustrato.
En una cámara de proceso típica, varios pasadores de elevación se elevan a través de los orificios de un mandril o pedestal. Los pasadores elevan la oblea para que un efector final robótico pueda introducirla o extraerla. Tras la transferencia, los pasadores descienden y colocan la oblea sobre la superficie del mandril.
Los pasadores de elevación de cerámica se utilizan ampliamente porque la cerámica técnica ofrece aislamiento eléctrico, resistencia al desgaste, estabilidad dimensional y un nivel de contaminación relativamente bajo en comparación con muchos materiales metálicos. Los proveedores comerciales de cerámica para semiconductores identifican específicamente los pasadores de elevación como componentes utilizados para levantar y desplazar las obleas a lo largo de las líneas de procesamiento.
Dónde se utilizan los pasadores de sujeción de obleas
Los pasadores de soporte y elevación de cerámica se pueden encontrar en equipos destinados a:
- deposición química en fase de vapor;
- deposición física de vapor;
- grabado por plasma;
- implantación iónica;
- unión de obleas;
- tratamiento térmico;
- inspección de obleas;
- litografía;
- esmerilado y pulido;
- limpieza;
- embalaje avanzado.
El entorno del proceso determina el material de los pines y las especificaciones de superficie requeridas.
Un pin utilizado en una fase de inspección a temperatura ambiente debe cumplir requisitos distintos a los de uno utilizado en una cámara de plasma o en un sistema de deposición a alta temperatura.
Por qué se prefieren los materiales cerámicos
Los metales son fáciles de mecanizar, pero pueden plantear problemas de tipo eléctrico, magnético, térmico o de contaminación.
La cerámica técnica ofrece varias ventajas:
- alta resistividad eléctrica;
- buena resistencia al desgaste;
- resistencia a altas temperaturas;
- resistencia a la corrosión;
- estabilidad dimensional;
- genera pocas partículas cuando se acaba correctamente;
- resistencia a la limpieza repetida;
- compatibilidad con entornos de vacío.
La cerámica también se utiliza ampliamente en portadores de obleas, bandejas, brazos de manipulación y otros componentes de equipos para semiconductores, debido a su resistencia al calor, al desgaste y a los productos químicos.
Sin embargo, el término “cerámica” no se refiere a una única categoría de materiales. La alúmina, el nitruro de aluminio, el carburo de silicio, el nitruro de silicio y la circonia presentan propiedades sustancialmente diferentes.
Pasadores de soporte de cerámica de alúmina
La alúmina de alta pureza es uno de los materiales más utilizados para los pasadores de elevación y soporte de las obleas.
Principales ventajas
- Excelente aislamiento eléctrico
- Buena resistencia mecánica
- Gran dureza
- Buena resistencia al desgaste
- Resistencia a altas temperaturas
- Amplia compatibilidad química
- Coste de fabricación relativamente económico
La alúmina es adecuada para aplicaciones generales de transferencia de obleas, inspección y equipos de proceso en las que el aislamiento eléctrico y la limpieza son factores importantes.
Los proveedores comerciales de componentes semiconductores suelen utilizar alúmina en aplicaciones de manipulación de obleas, ya que ofrece resistencia al desgaste sin introducir la contaminación por partículas asociada a materiales menos adecuados.
Posibles limitaciones
En comparación con otros tipos de cerámica, la alúmina presenta las siguientes características:
- una conductividad térmica inferior a la del nitruro de aluminio o al carburo de silicio;
- mayor riesgo de que se produzcan astillas frágiles si la punta está mal diseñada;
- posible erosión del plasma en composiciones químicas especialmente agresivas;
- un coeficiente de expansión térmica que puede ser necesario tener en cuenta en conjuntos con calentamiento de precisión.
En muchas aplicaciones estándar con pasadores de elevación, la alúmina de alta pureza ofrece el mejor equilibrio entre coste, precisión y durabilidad.
Pasadores de soporte de nitruro de aluminio
El nitruro de aluminio se elige cuando el comportamiento térmico es un factor clave.
Principales ventajas
- Alta conductividad térmica
- Aislamiento eléctrico
- Expansión térmica relativamente baja
- Buena resistencia al choque térmico
- Idoneidad para plataformas de obleas calefactadas
Los pasadores de soporte de AlN pueden resultar adecuados cuando es necesario que el pasador minimice los gradientes de temperatura locales alrededor de la oblea o que funcione cerca de mandriles calentados.
Posibles limitaciones
El nitruro de aluminio suele ser más caro y puede resultar más difícil de mecanizar que la alúmina estándar. Su resistencia química también depende en gran medida del entorno del proceso y de la composición del material.
Por lo tanto, el comprador debe especificar:
- Calidad de AlN;
- conductividad térmica;
- densidad aparente;
- tratamiento de superficies;
- química de la exposición;
- temperatura máxima de funcionamiento.
Pasadores de soporte de carburo de silicio
La cerámica de carburo de silicio se utiliza en entornos muy exigentes que requieren una rigidez, una resistencia al desgaste y una estabilidad térmica excepcionales.
Principales ventajas
- Alta rigidez
- Gran dureza
- Excelente resistencia al desgaste
- Alta conductividad térmica
- Baja deformación térmica
- Buena resistencia a numerosas condiciones de proceso agresivas
Los pines de SiC pueden ser adecuados para:
- cámaras de alta temperatura;
- equipos de tratamiento por plasma;
- manipulación de obleas de alto rendimiento;
- sistemas de apoyo de precisión;
- equipos que requieren una baja deformación térmica.
Posibles limitaciones
El carburo de silicio es más difícil de rectificar y acabar que muchas cerámicas de óxido. Un mecanizado inadecuado puede provocar defectos en los bordes, microfisuras o astillamientos.
Las distintas vías de fabricación del SiC también presentan propiedades diferentes. Algunos ejemplos son:
- carburo de silicio sinterizado;
- carburo de silicio sinterizado por reacción;
- SiC depositado por vapor químico;
- Grafito recubierto de SiC.
En el caso de los pines en contacto directo con la oblea, es necesario evaluar cuidadosamente la pureza del material, el silicio libre expuesto, la estructura porosa y la integridad del recubrimiento.
Pasadores de soporte de nitruro de silicio
El nitruro de silicio ofrece una atractiva combinación de resistencia mecánica y tenacidad a la fractura.
Principales ventajas
- Alta resistencia mecánica
- Mayor resistencia a la fractura que muchas cerámicas de óxido
- Buena resistencia al choque térmico
- Gran resistencia al desgaste
- Menor probabilidad de que se produzcan daños por fragilidad en las puntas en caso de impacto
El nitruro de silicio puede ser una opción adecuada para mecanismos de elevación sometidos a ciclos mecánicos repetidos o a cargas de impacto ocasionales.
Su aspecto más oscuro y el coste del material pueden ser menos importantes que su fiabilidad mecánica en aplicaciones exigentes.
Pasadores de soporte de circonio
La circonia presenta una elevada tenacidad a la fractura y una superficie relativamente lisa y pulible.
Puede resultar útil para aplicaciones especializadas de manipulación de obleas a baja temperatura en las que la resistencia a los impactos es importante.
Sin embargo, la zirconia suele presentar:
- menor conductividad térmica;
- un coeficiente de expansión térmica más elevado;
- idoneidad más limitada para entornos con temperaturas muy elevadas.
En la mayoría de las aplicaciones de pasadores de elevación para semiconductores, se evalúan primero la alúmina, el AlN, el SiC y el nitruro de silicio antes que la circonia.
Comparación de la selección de materiales
| Material | Ventaja principal | Posible limitación | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| Alúmina | Aislamiento y equilibrio de costes | Conductividad térmica moderada | Manipulación general de obleas |
| Nitruro de aluminio | Alta conductividad térmica con aislamiento | Mayor coste y mayor dificultad de mecanizado | Mesas calefactadas y sistemas térmicos |
| Carburo de silicio | Rigidez, desgaste y estabilidad térmica | Mecanizado de precisión complejo | Equipos para altas temperaturas y de plasma |
| Nitruro de silicio | Resistencia mecánica y tenacidad a la fractura | Mayor coste del material | Mecanismos de elevación de alto número de ciclos |
| Zirconia | Resistencia y acabado liso | Mayor dilatación térmica | Manipulación especializada a baja temperatura |
La elección del material debe basarse en las condiciones reales del interior de la cámara y no únicamente en la dureza.
Por qué es fundamental que la altura de los pines sea uniforme
Los sistemas de soporte de obleas suelen utilizar tres o más pines. Las puntas de contacto deben llegar a un plano de soporte común.
Si una clavija sobresale más que las demás, soporta una parte desproporcionadamente grande de la carga de la oblea. Si una clavija queda más hundida, es posible que ni siquiera entre en contacto con la oblea.
Las diferencias de altura pueden provocar:
- inclinación de la oblea;
- transferencia inestable;
- curvatura local de la oblea;
- presión de contacto desigual;
- errores de recogida del robot;
- interferencia de bordes;
- colocación incorrecta de las obleas.
En el caso de las obleas muy finas, incluso una pequeña discrepancia puede provocar una deformación visible.
A menudo, la especificación relevante no es la planitud de un pin concreto, sino la coplanaridad de todas las puntas de los pines instaladas.
Planicidad, coplanaridad y paralelismo
Estos términos están relacionados, pero no deben confundirse.
Nivelación de la punta
La planitud de la punta describe en qué medida la superficie de contacto de un pasador se ajusta a un plano ideal.
Una punta de contacto convexa, cóncava o en ángulo puede concentrar la fuerza en una zona reducida.
Tolerancia en la altura de las clavijas
Esto especifica la variación dimensional permitida desde la referencia de montaje del pasador hasta su superficie de contacto.
Incluso los pasadores con puntas planas individualmente pueden crear un plano de apoyo irregular si sus alturas totales difieren.
Coplanaridad
La coplanaridad describe si las superficies de contacto de todas las clavijas se encuentran en el mismo plano tras el montaje.
Esta suele ser la medida más importante a nivel del sistema.
Paralelismo
El paralelismo describe la relación entre la punta de contacto y la referencia de montaje del pin.
Un paralelismo deficiente puede hacer que la oblea entre en contacto con un borde de la clavija antes de que toda la superficie de la punta se acople correctamente.
Cómo afectan los errores de los pasadores de soporte a la oblea
Una oblea presenta una rigidez a la flexión relativamente baja en comparación con la mayoría de los componentes de las máquinas. Su forma puede variar bajo la influencia de la gravedad, la fuerza del vacío, los gradientes térmicos y el contacto puntual.
Las directrices de SEMI sobre la medición de la planitud y la forma señalan que los sustratos de baja rigidez, como las obleas de silicio y de vidrio, requieren una atención especial, ya que las condiciones de soporte y de medición pueden influir en la forma que se observa en ellos.
Por lo tanto, los errores en los pasadores de apoyo pueden provocar:
Curvatura local
Un pasador alto empuja una zona hacia arriba, mientras que el peso de la oblea y otros soportes ejercen fuerzas en diferentes direcciones.
Balanceo de obleas
Si tres o más pines no forman un plano estable, la oblea puede balancearse durante el traslado.
Desalineación del robot
La inclinación de la oblea modifica la posición vertical de recogida y puede interferir en la calibración del robot.
Contacto con el borde
Una oblea inclinada podría entrar en contacto con piezas de la cámara, anillos guía o los bordes del mandril.
Error de medición
En los equipos de inspección o metrología, un plano de apoyo inestable puede afectar al enfoque, a la medición de la altura y a la precisión posicional.
Contacto puntual frente a contacto de superficie
La geometría de la punta del pin determina el área de contacto.
Un área de contacto muy pequeña:
- reduce la superficie expuesta a la contaminación;
- reduce la probabilidad de que las partículas queden atrapadas;
- aumenta la presión de contacto local.
Una superficie de contacto mayor:
- reduce la concentración de presión;
- ofrece un soporte más estable;
- puede atrapar más partículas;
- puede aumentar la adherencia o las marcas en la parte trasera.
Por lo tanto, la punta óptima depende de cada aplicación concreta.
Entre las geometrías más comunes se encuentran:
- puntas circulares planas;
- puntas esféricas;
- puntas planas redondeadas;
- puntas cónicas;
- tapas de contacto recambiables.
Por lo general, conviene evitar las puntas afiladas en el caso de las obleas frágiles, ya que generan una elevada tensión local.
Radio de la punta y diseño del filo
La transición entre la punta del pasador y el cuerpo del mismo debe ser suave.
Los bordes afilados pueden:
- se rompa durante el montaje;
- rayar la parte posterior de la oblea;
- atrapar partículas;
- provocar concentraciones de tensión;
- se convierten en puntos de inicio de la fractura de la cerámica.
Un radio de borde o bisel controlado mejora la resistencia mecánica.
Sin embargo, un chaflán excesivamente grande puede reducir la superficie de apoyo útil. Por lo tanto, el plano debe definir:
- diámetro de la punta;
- radio de la punta;
- radio de la arista;
- tamaño del bisel;
- acabado superficial;
- defectos admisibles en los bordes.
Control de partículas en la interfaz de contacto
El control de partículas es uno de los requisitos más importantes para los pines de soporte de semiconductores.
Las partículas pueden proceder de:
- residuos del mecanizado de cerámica;
- granos sueltos;
- bordes de las puntas astillados;
- depósitos en cámara;
- contaminación de la cara posterior de la oblea;
- la fricción entre el pasador y la oblea;
- accesorios de montaje;
- una limpieza o un embalaje inadecuados.
Incluso una partícula pequeña atrapada entre una oblea y un pasador de soporte puede crear un punto elevado local.
Esto podría provocar:
- sangría posterior;
- rasguños;
- inclinación de la oblea;
- rotura de las obleas finas;
- la transferencia de la contaminación a procesos posteriores;
- errores de enfoque o de superposición.
Cómo generan partículas los pines cerámicos
Los componentes cerámicos no garantizan automáticamente un funcionamiento sin partículas.
La generación de partículas puede producirse cuando:
La superficie presenta daños por mecanizado a cielo abierto.
El esmerilado puede dejar microfracturas o granos poco adheridos cerca de la superficie.
El borde de la punta está astillado
El contacto repetido o una manipulación inadecuada pueden provocar la formación de pequeños fragmentos.
La cerámica tiene una porosidad abierta
Un material poroso o que no esté lo suficientemente compactado puede retener contaminantes y liberar partículas durante los ciclos de funcionamiento.
La clavija roza contra la oblea
El deslizamiento horizontal durante la recogida o la colocación aumenta el desgaste.
Se acumulan restos de película en el pasador
El material de proceso depositado puede agrietarse o desprenderse durante los ciclos térmicos.
La limpieza es demasiado agresiva
Una limpieza incorrecta, ya sea por ultrasonidos, con productos químicos o mecánica, puede dañar la superficie o dejar residuos.
Acabado superficial y rendimiento de las partículas
Un acabado superficial controlado contribuye a reducir la fricción y la acumulación de partículas.
Sin embargo, el grado de rugosidad más bajo posible no siempre es automáticamente el mejor.
Una superficie de contacto extremadamente lisa puede:
- aumentar la superficie de contacto;
- favorecer la adhesión;
- hacen que la liberación de las obleas sea menos predecible.
Una superficie rugosa puede:
- atrapar partículas;
- generar puntos de presión locales;
- lijar la parte posterior de la oblea.
Se debe seleccionar la rugosidad adecuada en función de:
- material de la oblea;
- recubrimiento posterior;
- espesor de la oblea;
- atmósfera de la cámara;
- presión de contacto;
- velocidad del ascensor;
- marcas admisibles en el reverso.
El proveedor deberá indicar el método de medición, el valor límite y la zona inspeccionada al especificar el Ra u otro parámetro de rugosidad.
Requisitos de limpieza
Los pasadores de soporte de las obleas deben limpiarse tras el mecanizado de precisión y antes del envasado en sala limpia.
Un proceso típico de limpieza puede incluir:
- eliminación de los residuos de rectificado;
- limpieza por ultrasonidos en condiciones controladas;
- enjuague con agua de alta pureza;
- limpieza química compatible con la cerámica;
- secado filtrado;
- inspección visual;
- embalaje para salas blancas.
El procedimiento de limpieza debe adaptarse al material.
Por ejemplo, la alúmina, el AlN y el SiC no tienen necesariamente la misma compatibilidad química.
Los compradores deben aclarar lo siguiente:
- productos químicos de limpieza;
- método de inspección de partículas;
- límites de contaminación metálica;
- entorno de empaquetado;
- si es necesario el envasado individual;
- si las piezas están listas para su instalación directa en la sala limpia.
Contaminación metálica
El recuento de partículas por sí solo no describe completamente el grado de limpieza.
La contaminación metálica procedente de máquinas de mecanizado, accesorios o equipos de manipulación puede afectar a los procesos de fabricación de semiconductores, incluso cuando no haya partículas visibles.
Entre las posibles fuentes de contaminación se incluyen:
- equipos de trituración que contienen hierro;
- accesorios de acero inoxidable;
- herramientas que contienen cobre;
- productos de pulido;
- agua de enjuague contaminada;
- materiales de embalaje no destinados a salas blancas.
Para aplicaciones de alta pureza, el plan de inspección puede incluir:
- ICP-MS;
- TXRF;
- análisis de iones superficiales;
- ensayos de extracción;
- análisis de detección de contaminación a medida para cada cliente.
No todos los pasadores de soporte requieren este nivel de análisis, pero las aplicaciones críticas de la parte frontal pueden necesitar límites elementales bien definidos.
Expansión térmica y estabilidad de la altura del pasador
La altura del pasador de apoyo puede variar en función de los cambios de temperatura del equipo.
La intensidad del movimiento depende de:
- longitud del pasador;
- coeficiente de expansión térmica de la cerámica;
- material de montaje;
- temperatura ambiente;
- uniformidad de la temperatura;
- velocidad de calentamiento y enfriamiento.
Si los pasadores y la placa de montaje están fabricados con materiales que presentan una dilatación térmica significativamente diferente, el plano de apoyo podría desplazarse durante el procesamiento.
En el caso de los sistemas que funcionan a altas temperaturas, los ingenieros deben evaluar la altura de los pines a la temperatura de funcionamiento, y no solo a temperatura ambiente.
Los ciclos térmicos también pueden aflojar las uniones de montaje o provocar que las capas depositadas se descascaren.
Propiedades eléctricas
El aislamiento eléctrico es importante en los mandriles electrostáticos, las cámaras de plasma y los equipos de alta tensión.
La alúmina, el AlN y el nitruro de silicio son, por lo general, cerámicas aislantes. El carburo de silicio puede presentar propiedades que van desde una resistencia relativamente alta hasta la conductividad eléctrica, dependiendo del grado, la composición y el proceso de fabricación.
Por lo tanto, un plano en el que solo se especifique “SiC” podría no ser suficiente.
El pliego de condiciones de la licitación deberá definir:
- resistividad volumétrica;
- rigidez dieléctrica;
- de tipo conductor o aislante;
- requisitos de puesta a tierra;
- temperatura de funcionamiento;
- frecuencia o entorno plasmático.
Resistencia al plasma y a los productos químicos
En las cámaras de grabado y deposición, los pasadores de soporte pueden estar expuestos a:
- plasmas a base de flúor;
- plasmas a base de cloro;
- plasma de oxígeno;
- gases de proceso reactivos;
- productos químicos para la limpieza de cámaras;
- películas depositadas.
La erosión del material puede alterar las dimensiones del pasador y generar partículas.
La mejor cerámica depende de la composición química exacta. Un material que ofrece un buen rendimiento en una cámara puede sufrir erosión en otra.
Los compradores deben facilitar al proveedor:
- química de los gases;
- exposición al plasma;
- temperatura de funcionamiento;
- productos químicos de limpieza;
- intervalo de mantenimiento previsto.
Una afirmación genérica como “resistente al plasma” no es suficiente para elegir un material de forma fiable.
El material de la oblea también es importante
Las distintas obleas plantean distintos requisitos de contacto.
Obleas de silicio
Las obleas de silicio se someten a numerosos procesos y están relativamente estandarizadas, pero las obleas de silicio finas pueden ser muy sensibles a las fuerzas de apoyo localizadas.
Obleas de carburo de silicio
Las obleas de SiC son más duras y rígidas que las de silicio, pero su elevado valor y su propensión a sufrir astillamientos en los bordes hacen que sea importante garantizar una transferencia estable.
Obleas de zafiro
El zafiro es duro, pero frágil. Un soporte irregular o una carga de impacto pueden provocar grietas, sobre todo en sustratos finos o con motivos decorativos.
Obleas de vidrio
Los sustratos de vidrio pueden deformarse con mayor facilidad y son sensibles tanto a las cargas puntuales como a los gradientes térmicos.
Obleas de semiconductores compuestos
Las obleas de GaAs e InP son relativamente frágiles. Es necesario controlar cuidadosamente la presión de contacto y la velocidad de manipulación para reducir el riesgo de rotura.
Modos de fallo habituales
Punta de contacto astillada
Suele deberse a un golpe, a una instalación incorrecta o a un radio de borde insuficiente.
Altura irregular de los pines
Puede deberse a variaciones dimensionales, restos de montaje o un montaje incorrecto.
Rayas en la parte posterior de la oblea
Puede deberse a rugosidad, partículas, bordes afilados o deslizamiento lateral.
Fractura de clavo
Puede deberse a una flexión, un impacto, una tensión térmica o a un tipo de cerámica inadecuado.
Desviación dimensional
Puede deberse al desgaste, a la erosión química o a la acumulación de películas en la cámara.
Adherencia durante la separación de la oblea
Puede deberse a una superficie de contacto excesiva, a la adherencia a la superficie o a la contaminación.
Desprendimiento de partículas
Pueden deberse a daños causados por el mecanizado, poros abiertos, depósitos en la cámara o astillas en los bordes.
Métodos de inspección
Un plan de control de calidad para los pasadores de soporte de obleas cerámicas puede incluir:
- inspección dimensional;
- medición óptica;
- inspección con máquina de medición por coordenadas;
- comparación de alturas mediante un dispositivo de fijación de precisión;
- medición de la planitud;
- medición del paralelismo;
- medición de la rugosidad superficial;
- inspección óptica de los bordes;
- inspección microscópica para detectar astillas y grietas;
- prueba con líquido penetrante u otros métodos de detección de grietas, según proceda;
- inspección de limpieza;
- pruebas funcionales en un dispositivo de montaje.
En el caso de conjuntos de clavijas de gran volumen, el proveedor deberá medir las clavijas como un grupo emparejado cuando la coplanaridad sea fundamental.
Conjuntos emparejados frente a pasadores con tolerancias individuales
Es posible que cada uno de los pasadores fabricados individualmente cumpla con la tolerancia del plano, pero que, aun así, al montarlos, den lugar a un plano de apoyo inaceptable.
Por ejemplo, tres clavijas pueden cumplir todas con una tolerancia amplia de altura total, aunque se encuentren situadas cerca de extremos diferentes de ese rango de tolerancia.
Los juegos a juego ofrecen un mejor control.
Una especificación de conjunto emparejado puede definir:
- diferencia máxima de altura dentro de una serie;
- identificación de los pines que pertenecen al mismo conjunto;
- registros de mediciones individuales;
- un embalaje que mantiene el conjunto unido;
- posición de montaje, si las clavijas tienen una posición específica.
Este enfoque resulta especialmente útil para obleas finas o equipos de alta precisión.
Consideraciones sobre la instalación
Incluso los pasadores fabricados con precisión pueden funcionar mal si se instalan incorrectamente.
Entre los factores importantes para el montaje se incluyen:
- la limpieza del orificio de montaje;
- profundidad de inserción;
- par de apriete;
- espesor del adhesivo;
- precarga del muelle o del actuador;
- holgura lateral;
- orientación de los pines;
- la dilatación térmica de la placa de montaje.
Las partículas atrapadas debajo de la base de la clavija pueden levantar una clavija y alterar la coplanaridad de las puntas.
Por lo tanto, el fabricante del equipo debería definir un procedimiento de instalación y sustitución.
Lo que deben especificar los compradores
Una solicitud de presupuesto completa para pasadores de soporte de obleas cerámicas debe incluir la siguiente información.
Información sobre la solicitud
- Tipo de equipo
- Fase del proceso
- Material de la oblea
- Diámetro de la oblea
- Espesor de la oblea
- Temperatura de funcionamiento
- Entorno al vacío o a presión atmosférica
- Exposición a plasma o a sustancias químicas
- Vida útil prevista
Información sobre los materiales
- Tipo cerámico
- Pureza
- Densidad
- Estructura del grano
- Resistividad eléctrica
- Conductividad térmica
- Coeficiente de expansión térmica
- Certificación de materiales necesaria
Información dimensional
- Longitud total
- Diámetro del eje
- Diámetro de la punta
- Geometría de la punta
- Geometría del extremo de montaje
- Radios de los bordes
- Tolerancias dimensionales
Tolerancias geométricas
- Nivelación de la punta
- Paralelismo
- Rectitud
- Concentricidad
- Tolerancia de altura total
- Coplanaridad dentro de un conjunto emparejado
Requisitos de superficie
- Rugosidad de la punta
- Rugosidad del eje
- Acabado pulido o esmerilado
- Fichas permitidas
- Arañazos admisibles
- Criterios de aceptación de grietas
Información sobre la limpieza
- Norma de limpieza
- Límites de partículas
- Límites de contaminación por metales
- Clase de embalaje
- Envases individuales o en lotes emparejados
- Requisito de compatibilidad con salas blancas
Opciones de personalización
Se pueden fabricar pasadores de soporte para obleas cerámicas a medida con:
- diferentes diámetros de punta;
- superficies de contacto esféricas o planas;
- ejes escalonados;
- elementos de fijación roscados;
- superficies de alineación;
- agujeros ciegos o pasantes;
- zonas de contacto pulidas;
- recubrimientos específicos para cada material;
- identificación marcada con láser;
- conjuntos de la misma altura.
Cualquier marca debe situarse lejos de la superficie de contacto con la oblea y no debe introducir partículas ni concentradores de tensiones.
Conclusión
Los pasadores de soporte de las obleas cerámicas desempeñan un papel fundamental en el posicionamiento de las obleas, la estabilidad durante la transferencia y el control de la contaminación.
Los factores de diseño más importantes no se limitan a la dureza de la cerámica ni al diámetro de los pines. La pureza del material, la geometría de la punta, la adaptación de la altura, la coplanaridad, el acabado superficial, la calidad de los bordes y la limpieza influyen en el rendimiento de la manipulación de las obleas.
La alúmina ofrece una combinación práctica de aislamiento, resistencia al desgaste y coste. El nitruro de aluminio resulta muy útil cuando la conductividad térmica es un factor importante. El carburo de silicio ofrece una rigidez excelente y estabilidad a altas temperaturas, mientras que el nitruro de silicio proporciona una gran fiabilidad mecánica.
En el caso de aplicaciones delicadas, los pasadores de soporte deben adquirirse e inspeccionarse como un sistema funcional completo. Definir la coplanaridad de los juegos emparejados, los requisitos de control de partículas y las condiciones de funcionamiento ayuda a reducir los daños en las obleas, los errores de transferencia y los paros inesperados de los equipos.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se utilizan pasadores de cerámica en lugar de pasadores metálicos de soporte para obleas?
Los pines cerámicos ofrecen aislamiento eléctrico, una elevada resistencia al desgaste, capacidad para soportar altas temperaturas y un menor riesgo de contaminación en muchos entornos de semiconductores.
¿Qué tipo de cerámica se utiliza con mayor frecuencia para los pasadores de elevación de obleas?
La alúmina de alta pureza se utiliza habitualmente porque ofrece un excelente equilibrio entre aislamiento eléctrico, resistencia al desgaste, disponibilidad y coste.
¿Cuál es la diferencia entre la planitud de los pines y la coplanaridad?
La planitud describe la forma de una superficie de contacto concreta. La coplanaridad indica si todas las puntas de los pines instalados se encuentran en el mismo plano de apoyo.
¿Puede un solo pin de alta tensión dañar una oblea?
Sí. Un pin demasiado alto puede concentrar la carga de la oblea en una sola zona, lo que puede provocar inclinación, deformación, marcas en la cara posterior o rotura en obleas finas y frágiles.
¿Cómo se puede reducir la generación de partículas procedentes de los pasadores cerámicos?
La generación de partículas puede reducirse mediante el uso de material cerámico denso, un acabado de precisión, bordes redondeados, la eliminación de los daños causados por el mecanizado, una limpieza adecuada, una instalación controlada y una inspección periódica.
¿Deberían suministrarse los pasadores de soporte de las obleas en juegos a juego?
Se recomienda utilizar juegos a juego cuando la precisión del plano de apoyo sea fundamental. El proveedor puede controlar y documentar la diferencia máxima de altura entre todos los pasadores del juego.
¿Son aislantes eléctricos los pasadores de soporte de carburo de silicio?
No siempre. El comportamiento eléctrico del SiC depende de su grado, pureza y proceso de fabricación. Cuando se requiera aislamiento, deberá especificarse la resistividad eléctrica.
