Giugno 2013
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Automazione e Strumentazione
PORTATA FLUSSO LIVELLO
speciale
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LE TECNOLOGIE PER LA MISURA DI PORTATA E DI FLUSSO DEI GAS UTILI NELLA PRODUZIONE DI SEMICONDUTTOR
I processi produttivi per la lavorazione dei semiconduttori si basano su
principi chimico/fisici e in molti casi utilizzano gas industriali. I flussi dei gas
di processo vengono misurati e controllati tramite i Mass Flow Meter o Mass
Flow Controller (MFC). I due MFC più diffusi nell’industria dei semiconduttori
sono il Thermal e il Pressure. Di seguito è descritta la gestione dei gas nei
processi per la lavorazione dei semiconduttori e i due principali MFC usati
in questo settore.
Gestione dei gas e misure di flusso
nell’industria dei semiconduttori
Controllare il flusso di un fluido è un problema
affrontato da tempo in modo diverso in funzione
delle caratteristiche del fluido e delle richieste
del settore specifico (industria chimica, farma-
ceutica, alimentare , microelettronica ecc.).
Gestire il flusso d’acqua che alimenta una tur-
bina in una centrale idroelettrica, il vapore che
termoregola un reattore chimico, il sangue che
circola in uno strumento medicale, solo per
citare alcuni esempi, presenta differenti diffi-
coltà caratteristiche della natura del fluido, por-
tata e precisione richiesti nel controllo.
Esistono strumenti e metodi diversi tra loro (dif-
ferenti flowmeter): orifizio, Venturi, nozzles,
rotametro, tubo Pitot, calorimetro, turbina, vor-
tex, elettromagnetico, Doppler, ultrasonico, ter-
mico, Coriolis ecc.
Nella lavorazione dei semiconduttori vi sono
molti step di processo che utilizzano diversi
gas come elementi “attivi”. Per tali processi il
flusso dei gas risulta essere un elemento impor-
tante: per avere un processo ripetitivo e stabile è
necessario che i flussi dei gas siano loro stessi il
più possibile ripetitivi e stabili. Per tale ragione
è importante avere un controllo dei flussi molto
accurato.
Gas panel e il ruolo
del flow meter e flow controller
La gestione dei gas nelle macchine di processo
si basa sull’utilizzo di dispositivi aventi un ruolo
preciso.
Nei cosiddetti “gas panel” (definiti anche jungle
ecc.) si trovano tipicamente: valvole con funzio-
nalità diversa (regolazione, intercettazione, non
ritorno ecc.); regolatori di pressione; misura-
tori/trasduttori di pressione; filtri;
misuratori di
flusso
(flow meter) e
controllori di flusso
(flow
controller).
Il compito di questo insieme più o meno com-
plesso (in funzione delle prestazioni richieste
alla macchina) è di alimentare la camera di pro-
cesso (reattore) con i flussi di gas richiesti per
sostenere reazioni chimico/fisiche.
Il gas che giunge in camera di processo proviene
da bombola o da anello (rete di tubazioni che
fanno capo ad una sorgente generale).Tipica-
mente le bombole sono le sorgenti per i gas “di
processo” più critici da gestire (tossici, corrosivi
ecc.); mentre in anello fluiscono gas come l’a-
zoto, l’argon, l’idrogeno.
Il gas, proveniente dalla sorgente, giunge alla
camera attraversando diversi dispositivi (val-
vole, filtri ecc.), in camera avvengono le reazioni
chimico/fisiche che danno luogo al processo.
I processi sono realizzati attraverso una
sequenza di vari blocchi,“step” (l’insieme delle
istruzioni costituisce la “ricetta”) che indicano
alla macchina “cosa deve fare” (per esempio:
aprire la valvola V1, raggiungere 1000 °C, far
fluire 100 sccm di Silano ecc.). Tipicamente ai
flussi di gas viene richiesto un regime dinamico.
Esistono step in cui il flusso deve aumentare nel
tempo (rampe positive), altri in cui deve rima-
nere costante (fase di stabilizzazione) e altri in
cui deve diminuire (rampa negativa): il flusso
del gas deve essere misurato e controllato.
Controllare significa mantenere il flusso al
livello voluto (il valore richiesto prende il nome
di setpoint). Misurare e controllare il flusso del
Giuseppe Fazio
L’ AUTORE
G. Fazio, Micron Italia
