Kā PTFE sildītājus izmanto sērskābes priekšsildīšanai pusvadītāju plāksnīšu tīrīšanai (SPM)?

SPM clean- ļoti oksidējošs koncentrētas sērskābes un ūdeņraža peroksīda maisījums- tiek izmantots, lai iegūtu organiskos atlikumus no silīcija plāksnēm pirms būtiskiem procesiem pusvadītāju ražošanā. Šķīdumu uzkarsē līdz aptuveni 120-150 grādiem, temperatūras diapazonā, kas ātri novērš parasto PTFE kā piemērotu apvalka materiālu. Lai veiktu šo procedūru, iegremdējamais sildītājs ir jāizgatavo no temperatūras izturīgāka fluorpolimēra PFA.

Apkures sistēmai pusvadītāju slapjos stendos ir jāiztur viens no vissmagākajiem ķīmiskajiem apstākļiem rūpnieciskajos procesos, tajā pašā laikā tai ir jāuztur īpaši -augsta tīrība. Šādi realizētais dizains parasti atbilst lielākajai PTFE sildītāja sērskābes SPM pusvadītāju pielietojuma klasei, taču izvēlētais apvalka materiāls ir īpaši augstas -tīrības pakāpes PFA, nevis standarta PTFE.

SPM tīrīšanas procedūras izpratne
SPM (Sulfuric{0}}Peroxide Mixture) parasti izmanto pusvadītāju rūpniecībā, lai no vafeļu virsmas noņemtu fotorezista atlikumus, organiskos piesārņotājus un oglekļa savienojumu pēdas.

Šķīdumu parasti pagatavo kā sērskābes un ūdeņraža peroksīda tilpuma attiecību no 3:1 līdz 4:1. Ūdeņraža peroksīda pievienošana koncentrētai sērskābei rada ļoti reaktīvu oksidējošu šķīdumu. Sajaukšana rada ievērojamu siltumu, kas ir eksotermisks, un vannas temperatūra var strauji paaugstināties pat pirms ārējā siltuma pievienošanas.

Šķīduma viršanas temperatūra paaugstinās, palielinoties sērskābes koncentrācijai. Darba temperatūra parasti ir diapazonā no 120 grādiem līdz 150 grādiem atkarībā no procesa ķīmijas un piesārņojuma līmeņa.

Šādās temperatūrās sildītāja konstrukcijas prasības ietver ķīmisko izturību un termisko stabilitāti.

Kāpēc SPM nav piemērots standarta PTFE?
PTFE iegremdējamie sildītāji vēsturiski ir bijuši diezgan veiksmīgi daudzos skābju un korozīvos lietojumos. Tomēr pieejamie parastie PTFE materiāli bieži vien neatbilst SPM tīrīšanas vannu siltuma prasībām.

PFA (perfluoralkoksialkānam) šim lietojumam ir dažādas priekšrocības:

Nepārtraukta apkalpošana temperatūrā līdz 260 grādiem

Laba izturība pret sērskābes un peroksīda oksidāciju

Augstas tīrības pakāpes konstrukcija, kas ir saderīga ar pusvadītāju apstrādi

Zems jonu piesārņojums un zems ekstrahējamais daudzums

Pielāgotas iegremdējamā sildītāja ģeometrijas ir pielāgojamas

Daudzi procesu inženieri šīs sistēmas nejauši dēvē par PTFE sildītājiem, taču apvalks ir īpaši ražots no pusvadītāju{0}}pakāpes PFA.

PFA iegremdējamā sildītāja funkcija
SPM vannā sildītājs ir ķīmiski inerts karsts pirksts spēcīgi oksidējošā šķidrumā, kas zibenīgi iznīcinātu tradicionālās metāliskās apkures sistēmas.

PFA uzmava pasargā iekšējo sildītāju no tiešas saskares ar sērskābes{0}}peroksīda kombināciju un novērš metāla piesārņojuma iekļūšanu procesa ķīmijā. Šī piesārņojuma pārvaldība ir kritiska, jo pat nelieli metālu joni var traucēt vafeļu veiktspēju un ierīces ražīgumu.

Parasti tikai divas sildītāju tehnoloģijas tiek uzskatītas par piemērotām SPM vidēm:

Augstas tīrības pakāpes iegremdējamie sildītāji ar PFA pārklājumu

Kvarca apvalka sildelementi

PFA sildītāji ir populāri starp šīm izvēlēm to ķīmiskās izturības, termiskās izturības un ražošanas elastības dēļ.

Vatu blīvumam jābūt konservatīvam
SPM risinājumi tiek darbināti ļoti tuvu to efektīvajam viršanas diapazonam. Rezultātā sildītāja vatu blīvumam ir jābūt apzināti konservatīvam.

Pārmērīga virsmas temperatūra var izraisīt lokālu pārkaršanu apvalka saskarnē. Koncentrētiem sērskābes-peroksīda maisījumiem var rasties spēcīgi triecieni lokālas pārkaršanas, pēkšņas tvaiku izdalīšanās vai nestabilas viršanas dēļ.

Tādējādi pusvadītāju klases iegremdēšanas sildītāji tiek izstrādāti ar:

Zems virsmas vatu blīvums

Vienmērīga siltuma sadale

Kontrolēta iegremdēšanas ģeometrija

Precīza temperatūras kontrole

Pastāvīgs šķidruma pārklājums

Problēma nav ātra siltuma pārnešana, bet gan vienmērīga, uzticama siltuma uzturēšana.

Slapjā stenda sildītāja projektēšanas apsvērumi attiecībā uz pusvadītāju
SPM iegremdējamie sildītāji bieži ir paredzēti noteiktai tvertnes ģeometrijai un iegremdēšanas dziļumam. Ja apvalks atrodas virs šķidruma līnijas, termiskā sprieguma koncentrācija var saīsināt sildītāja kalpošanas laiku vai sabojāt fluorpolimēra virsmu.

Pusvadītāju lietojumos ir vairāki īpaši svarīgi dizaina jautājumi.

Iegremdēšanas dziļuma kontrole
Darbības laikā sildītājam jābūt pilnībā iegremdētam. Daļēja iedarbība var izraisīt augstu apvalka temperatūru un atvieglot materiāla nogurumu.

Augstas tīrības pakāpes konstrukcija
Piesārņojuma līmenim pusvadītāju ražošanā ir jābūt ārkārtīgi zemam. Tādējādi sildītāju komplekti ir izgatavoti no augstas tīrības fluorpolimēriem, izmantojot ar tīrām telpām saderīgas ražošanas metodes un ar minimālu metāla iedarbību.

Termiskās izplešanās kontrole
Atkārtota cikliskuma maiņa starp apkārtējās vides un darba temperatūru var izraisīt mehānisku spriegumu fluorpolimēra apvalkā. Pareiza atbalsta atstarpe un daudzpusīgi stiprinājumi ierobežo noguruma veidošanos.

Periodiskās pārbaudes
Ir nepieciešama regulāra pārbaude, lai atklātu agrīnus sprieguma plaisāšanas, krāsas maiņas vai virsmas deformācijas rādītājus. Mūsdienu vafeļu ražotnēs parasti tiek plānota profilaktiskā nomaiņa, lai izvairītos no neparedzētiem procesa pārtraukumiem.

Drošības padomi
SPM Extreme Hazard Chemistry
SPM risinājumi ir vieni no visbīstamākajiem ķīmiskajiem maisījumiem, ko izmanto pusvadītāju ražošanā.

Sērskābes un ūdeņraža peroksīda maisījums ir ļoti eksotermisks, agresīvi oksidējošs un var izraisīt nopietnus ķīmiskus apdegumus un ātras reakcijas. Jebkurš netīšs ūdens piesārņojums var izraisīt ātru tvaika veidošanos un eksplozīvu karstas skābes izsviešanu.

Lūk, kāpēc:

Pirms ķīmijas uzlādes tvertnēm jābūt sausām

Ķīmiskās pievienošanas metodēm jābūt stingriem secības protokoliem

Sildītāja iegremdēšanas līmeņi ir jāuztur nemainīgi

Nepieciešama temperatūras regulēšana un pārmērīgas temperatūras aizsardzības sistēmas

Šķīdumam vajadzētu nonākt tikai saskarē ar atbilstošiem materiāliem, piemēram, augstas tīrības pakāpes PFA vai kvarcu.

Ekspluatācijas darbības bieži regulē drošības prasības pusvadītāju iekārtām un automatizētām ķīmisko vielu nodošanas sistēmām.

Kāpēc PFA kļuva par nozares standartu
Pusvadītāju bizness prasa gan ķīmisko agresivitāti, gan atomu tīrību. SPM tīrīšana ir efektīva, lai noņemtu noturīgu organisko piesārņojumu, kas citādi varētu traucēt fotolitogrāfijas, nogulsnēšanās un kodināšanas procesus nanomērogā.

PFA-apvalku iegremdējamie sildītāji vienlaikus atbilst daudzām svarīgām procesa prasībām:

Izturīgs pret koncentrētu sērskābi

Stabilitāte ar peroksīdu bagātos oksidēšanas apstākļos

Augstas temperatūras iespējas

Minimāla daļiņu veidošanās

Zems metāla piesārņojuma risks

Šī kombinācija padara PFA iegremdējamos sildītājus par pamata tehnoloģiju mūsdienu pusvadītāju mitrās apstrādes iekārtās.

Kopsavilkums un secinājumi
Sērskābes SPM pusvadītāju pielietojums PTFE sildītājam ir viena no vissarežģītākajām vidēm ķīmiskajā sildīšanas tehnoloģijā. Praksē sildītāja apvalks ir izgatavots no augstas -tīrības pakāpes PFA — fluorpolimēra, kas var izturēt skarbo oksidējošo vidi un sērskābes -peroksīda tīrīšanas vannu augstu temperatūru.

Šie sildītāji droši darbojas SPM sistēmās, ko izmanto uzlabotai vafeļu tīrīšanai, pateicoties rūpīgi kontrolētam vatu blīvumam, stabiliem iegremdēšanas apstākļiem un stingrai piesārņojuma pārvaldībai. Turklāt periodiska pārbaude, lai noteiktu spriegumu plaisāšanu un termisko nogurumu, vēl vairāk palielina procesa ilglaicīgu{1}}uzticamību.

PFA{0}}apvalku iegremdējamais sildītājs ir kļuvis par nozares standartu intensīvas tīrīšanas ķīmijas nodrošināšanai, kas nepieciešama pirms nanoskopisku ierīču struktūru veidošanās pusvadītāju ražošanā. Augstākās tīrības pakāpes apkures tehnoloģija beidzot ražo augstākās tīrības pakāpes silīciju vairākās jomās.