¿Por qué es necesario eliminar el ozono al limpiar las obleas de silicio?

En los sectores de fabricación de semiconductores y fotovoltaica, la limpieza de obleas de silicio es un paso crítico del proceso. El ozono, debido a su fuerte poder oxidante, se utiliza amplimente en los procesos de limpieza para eliminar contaminantes orgánicos. Sin embargo, el ozono que se escapa durante la limpieza de las obleas genera un olor irritante intenso que no solo afecta la salud de los operarios, sino que también puede causar corrosión potencial en los equipos de las salas limpias. Mediante la práctica y el análisis de datos, el uso de dióxido de manganeso o catalizadores de óxido mixto de cobre y manganeso para descomponer el ozono en condiciones ambientales es actualmente la solución de purificación más eficaz, segura y económica. Este método logra una eficiencia de descomposición del ozono superior al 99%, una concentración de salida de ozono inferior a 0,1 ppm, sin contaminación secundaria, operación sencilla y bajo costo de funcionamiento, siendo la opción preferida para la eliminación de ozono en talleres de limpieza de obleas de silicio.

Causas de la generación de ozono en la limpieza de obleas de silicio

En el proceso de limpieza de obleas de silicio, el ozono proviene principalmente de dos tecnologías: limpieza con agua ozonizada y limpieza con luz ultravioleta y ozono. La limpieza con agua ozonizada (O₃+H₂O) introduce ozono en agua desionizada para formar agua ozonizada, que elimina los residuos de fotorresistencia y los contaminantes orgánicos de la superficie de la oblea. El ozono disuelto en el agua se escapa continuamente durante la circulación, el transporte y el drenaje, especialmente cerca de la abertura del baño de limpieza y de la salida de drenaje, donde las concentraciones de ozono son relativamente altas y generan olores notables.

La limpieza con luz ultravioleta y ozono (UVO) utiliza luz UV de 185 nm para fotolizar el oxígeno (O₂) del aire, generando oxígeno atómico altamente reactivo, que a su vez forma ozono. El ozono reacciona con la materia orgánica dentro de la cámara oxidándola a CO₂ y H₂O, completando la limpieza. Sin embargo, una vez finalizada la limpieza, el ozono residual en la cámara se escapa al taller con el aire de extracción, causando olores. En general, el ozono actúa tanto como un oxidante ecológico en el proceso de limpieza como una fuente de olores y peligros potenciales.

Peligros del ozono (descritos solo para los riesgos reales en este caso de aplicación)

El ozono tiene una fuerte capacidad oxidante y es irritante, lo que supone riesgos potenciales tanto para la salud humana como para los equipos. En los talleres de limpieza de obleas de silicio, los operarios pueden enfrentarse a los siguientes peligros:

1. Irritación respiratoria: concentraciones de ozono en el aire superiores a 0,1 ppm pueden provocar tos, opresión en el pecho, sequedad de garganta e incluso dificultad para respirar. Si la ventilación del taller es insuficiente y el ozono se acumula, los operarios pueden experimentar molestias en poco tiempo.
2. Corrosión de equipos de precisión: la naturaleza oxidante del ozono puede corroer los componentes metálicos de las salas limpias, acelerar el envejecimiento de los sellos, afectar la precisión del procesamiento de los equipos de semiconductores y de las obleas de silicio, y reducir el rendimiento.
3. Riesgo para la salud y seguridad ocupacional: la normativa china establece una concentración máxima permitida de ozono en el lugar de trabajo de 0,15 ppm, mientras que la NIOSH de EE. UU. fija un TWA de 0,1 ppm. La exposición prolongada por encima de estos límites puede causar daños en el tejido pulmonar, por lo que se exige un control estricto de la calidad del aire en el taller.

Cabe señalar que, aunque el ozono puede descomponerse naturalmente en oxígeno a temperatura ambiente, el entorno cerrado de las salas limpias de semiconductores dificulta que el ozono se disipe de forma natural, por lo que deben tomarse medidas activas de purificación.

Métodos de purificación del ozono

Para el problema del ozono en los talleres de limpieza de obleas de silicio, la industria ha desarrollado varias tecnologías de purificación. Cada método tiene diferentes características, ventajas y desventajas:

Ventajas del método de descomposición catalítica

La descomposición catalítica es actualmente la solución principal para la eliminación de ozono en talleres de limpieza de obleas de silicio, con las siguientes ventajas:

Alta eficiencia de descomposición, concentración residual extremadamente baja

Los catalizadores de óxido mixto de cobre y manganeso descomponen rápidamente el ozono a temperatura y presión ambiente. Los productos maduros alcanzan eficiencias de descomposición del 95‑99,9 %, con concentraciones de salida de ozono tan bajas como 0,1 ppm o menos, cumpliendo plenamente con las normas de seguridad ocupacional.

Funcionamiento con consumo energético cero, bajo costo

El proceso de descomposición catalítica no requiere calefacción ni consumo de productos químicos; la única energía necesaria es la del ventilador para mover el aire. Los costes operativos a largo plazo son mucho más bajos que los de la descomposición térmica o la absorción química.

Larga vida útil y regenerable

La vida útil del catalizador puede alcanzar de 3 a 5 años, lo que reduce el tiempo de inactividad de los equipos y los costes de mantenimiento.

Amplia adaptabilidad a diferentes condiciones de operación

El catalizador mantiene una alta actividad en un rango de humedad relativa del 0‑98 % y puede tratar grandes volúmenes de gases de escape con baja concentración de ozono, con una excelente estabilidad.

Seguro, fiable y sin contaminación secundaria

La descomposición catalítica convierte completamente el ozono en oxígeno, sin generar líquidos residuales ni subproductos tóxicos, y no presenta riesgos de materiales inflamables, cumpliendo plenamente con los estrictos requisitos de calidad del aire de las salas limpias de semiconductores.