Kā PTFE sildītāja aukstumizturība ir salīdzināma ar tā karstumizturību un kāpēc tas ir svarīgi?

RCA tīrīšana ir pamata, divu{0}}pakāpju ķīmiskā procedūra, kas silīcija plāksnīti noņem līdz atomiski nevainojamai virsmai, kas ir gatava turpmākajai miljardu-dolāru vērtajai tranzistoru ražošanai. SC1 (amonija hidroksīds/ūdeņraža peroksīds) izmanto organisko daļiņu noņemšanai, SC2 (sālsskābe/ūdeņraža peroksīds) metālu jonu noņemšanai. Abas vannas tiek uzkarsētas līdz 70-80 grādiem, un tās ir ļoti kodīgas un oksidējošas. Iegremdējamajam sildītājam šajās svarīgajās tīrīšanas tvertnēs ir jābūt neieņemamai ķīmiskās tīrības citadelei, kas neļauj metāla joniem vai daļiņām atgriezties uz plāksnītes. PTFE un tā augstas tīrības pakāpes relatīvais PFA ir materiāli, kas atbilst šai maksimālajai prasībai.

RCA tīrīšanas process: SC1 un SC2 vannas
RCA clean, ko 1970. gados izstrādāja Verners Kerns uzņēmumā RCA Laboratories, joprojām ir zelta standarts pirmsdifūzijas plāksnīšu tīrīšanai pusvadītāju ražošanā. Procedūra sastāv no divām secīgām karstām ķīmiskām vannām:

SC1 (Standard Clean 1) Amonija hidroksīda (NH 4 OH) maisījums; ūdeņraža peroksīds (H 2 O 2 ); dejonizēts (DI) ūdens; parasti proporcijā 1:1:5. Vannu uzkarsē līdz 70-80oC. SC1 ir sārmains (pH ~ 10-11) un ievērojami oksidē. Tas noņem organiskos atlikumus, daļiņas un noteiktus metālus oksidējot kopā ar virsmas kodināšanu. Ūdeņraža peroksīds viegli sadalās augstā temperatūrā un tādējādi padara vannu ķīmiski agresīvu un īslaicīgu.

SC2 (Standard Clean 2): sālsskābes (HCl), ūdeņraža peroksīda (H2O2) un DI ūdens maisījums, parasti attiecībā 1:1:6. Uzkarsē arī līdz 70-80 grādiem. SC2 ir intensīvi oksidējošs un skābs (pH≈1-2). Tas novērš sārmu un pārejas metālu jonus (piem., dzelzi, varu, niķeli, hromu), kas paliek uz plāksnītes virsmas pēc SC1.

Pēc katra posma vafeles tiek mazgātas ar īpaši tīru ūdeni. Apvienotā SC1/SC2 procesa rezultātā tiek iegūta silīcija virsma, kurai ir plāns ķīmiskais oksīds aizsardzībai un ļoti zems daļiņu un metāla piesārņojuma līmenis.<1010 atoms/cm2 for metals and no particles larger than 0.1 µm.

Tas prasa šo vannu apsildīšanu. ķīmiskās reakcijas istabas temperatūrā ir pārāk gausas, un tīrīšanas efektivitāte ir zema. Reakcijas tiek veiktas optimālā ātrumā 70-80 grādu temperatūrā, un vafeles virsma ir labi kondicionēta. Bet augstā temperatūra paātrina ūdeņraža peroksīda sadalīšanos un ķīmisko vielu kodīgumu. Iegremdējamajam sildītājam jābūt izturīgam pret šo vidi, nepiesārņojot vannu.

Kāpēc nozares standarts SC1 un SC2 vannām ir PTFE (PFA) sildītājs
PTFE sildītāja SC1 SC2 tīrīšanas pusvadītāju pielietojumam nepieciešams materiāls, kas ir ķīmiski inerts pret stipriem sārmiem (SC1) un stiprām skābēm (SC2) un koncentrētu ūdeņraža peroksīdu paaugstinātā temperatūrā. Labākais veids, kā nodrošināt šo pakalpojumu, ir perfluoralkoksi (PFA), kausē apstrādājams fluorpolimērs, kas līdzīgs PTFE. Tā kā termins tiek lietots vispārīgi, pusvadītāju rūpniecībā sildītājus bieži sauc par "PTFE sildītājiem", pat ja tas ir PFA, kas ir samitrināts.

Ķīmiskā izturība pret sārmu un skābju oksidējošām vannām
PFA ir pilnībā savietojams ar SC1 un SC2 ķīmiju:

SC1 izturība: Amonija hidroksīds ir spēcīga bāze. Ūdeņraža peroksīds ir spēcīgs oksidētājs. Maisījums ir ļoti kodīgs lielākajai daļai metālu un daudziem polimēriem. PFA neuzrādīja pasliktināšanos, tūsku vai svara zudumu pēc ilgstošas ​​​​kontakta ar apsildāmu SC1.

Izturība pret SC2: nerūsējošais tērauds, titāns un pat daži niķeļa sakausējumi ātri tiek pakļauti sālsskābei 70–80 grādu temperatūrā. PFA ir izturīgs pret HCl un H2O2 oksidējošo iedarbību.

Salīdzinot ar metāla sildītājiem, PFA apvalks vannā neievada absolūti nekādus metāla jonus. Tas ir ļoti svarīgi, jo jebkurš dzelzs, niķeļa, hroma vai vara jons, kas izskalots no sildītāja, tīrīšanas laikā no jauna nogulsnējas uz plāksnītes virsmas, mazinot SC2 metāla noņemšanas fāzes mērķi.

Īpaši gluda ne-porainu virsmu daļiņu ražošana
PFA tiek ekstrudēts vai apstrādāts ar gludu, ne{0}}porainu virsmas apdari (parasti Ra ? 0,5 µm). Vannā no virsmas neizdalās daļiņas vai pārslas. Tomēr metāla sildītājos var veidoties bedrītes vai oksīda nogulsnes, kas var izdalīt nelielas daļiņas. Ja pārklājums ir bojāts, metāla sildītāji ar PTFE-pārklājumu (plāns fluorpolimēra slānis virs metāla serdes) joprojām var radīt daļiņas. Cietais PFA apvalks ir viendabīgs un nesadalās slāņos.

Pilnībā iztukšojams, plaisu{0}}bezmaksas dizains
PFA iegremdējamie sildītāji izmantošanai pusvadītāju lietojumos ir konstruēti bez plaisām. Jebkāda plaisa, šuve vai nedzīva -kāja sildītāja komplektā saglabātu tīrīšanas ķimikāliju vai mitruma pārpalikumus, kas var piesārņot turpmākās vannas vai vairot baktērijas (DI ūdens skalojumos). Sildītāja samitrinātās virsmas ir gludas, nepārtrauktas un pilnībā iztukšojamas. Montāžas atloks parasti ir augstas -tīrības pakāpes PFA vai elektropulēta nerūsējošā tērauda un atrodas virs šķidruma līmeņa. PFA lūpu blīvējums pasargā metālu no saskares ar ķīmiskām vielām.

Piezīme par tīrību: tīrības telpu montāža, pārbaude un dubultā iepakošana
Lai izmantotu SC1 un SC2 vannās, PFA sildītājs ir jāizgatavo un jāiepako ļoti tīros apstākļos. Šis protokols ir parasts pusvadītāju klases iekārtām:

Montāžas vide Sildītāja montāža tiek veikta ISO 5. klases (100. klase) vai labākas laminārās plūsmas tīrā telpā. Visi montāžas darbinieki valkā tīras telpas apģērbu (zaķu tērpus, cimdus, sejas maskas) un ievēro stingrus noteikumus, lai izvairītos no daļiņu iekļūšanas.

Testing of particle and metal ions: After installation the heater is flushed with ultra pure water. The rinse water is tested for particle counts (e.g., ≥0.1 µm particles per cm² of wetted surface) and for extractable metal ions using ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry). Typical acceptability criteria: < 10 particles >0,1 µm/cm^2 < 1 daļa-uz -miljardu jebkura pārejas metāla.

Dubultā iepakošana: tīrs, sauss un pārbaudīts sildītājs ir noslēgts pirmajā tīrā iekšējā maisiņā no ESD droša, zemu{0}}daļiņu polietilēna. Iekšējais maisiņš ir termiski noslēgts. Iepakoto sildītāju pēc tam ievieto otrā, tīrā ārējā maisā un atkal aizzīmogo. Abi maisi ir marķēti ar sildītāja sērijas numuru, tīrības sertifikāta datumu un lietošanas instrukcijām (piemēram, "Atvērt tikai tīrā telpā").

Ārējais iepakojums: sildītājs dubultā maisiņā ir ievietots putuplasta pārvadāšanas konteinerā, lai samazinātu mehāniskos bojājumus.

Sildītājs klientam tiek piegādāts aizzīmogotos dubultos maisos. Sildītājs tiek ievests tīrajā telpā caur caurlaidi-vai tērpa zonu. Ieejot tīrajā telpā, ārējais maiss tiek noņemts un iekšējais maiss tiek atvērts tikai uzstādīšanas vietā mitrā stenda iekšpusē. Šī stingrā pieeja garantē, ka sildītājs nepiesārņo SC1 vai SC2 vannu.

Sildītāja dizaina iezīmes SC1 / SC2 pakalpojumam.
Funkcijas prasības iemesls
Mitrina viela Ciets PFA (perfluoralkoksi) vai PTFECķīmiski inerta, zema daļiņu veidošanās, nav metālu jonu
Apvalka vatu blīvums < 5 W/cm2 (normāls 3-4 W/cm2) Novērš H 2 O 2 lokālu viršanu un termisku noārdīšanos. SildelementsPilnībā iekapsulēts niķeļa-hroma (NiCr) sakausējums. Slēgtā PFA apvalka iekšpusē ir izturīgs pret koroziju.
Aukstā zona (nav apsildāma) Garums virs šķidruma līmeņa Lielāks vai vienāds ar 150 mm Novērš sausu{1}}ugunsgrēku Aizsargā tvertnes sienu no karstuma, kad šķidruma līmenis pazeminās
Montāžas atloks PFA vai elektropulēts 316L SS (virs šķidruma)Ķīmiskā izturība; ja metāls, no izgarojumiem
Virsmas apdare Ra=0.5 µm maks., nav plaisu vai vītņu samitrinātajā ceļā Novērš-nogulšņu uzkrāšanos un daļiņu iesprošanu
Kabelis Elastīga PFA apvalka, tīras telpas -pakāpes izolācija Izturīgs pret šļakatām pret ķimikālijām Zema izplūdes gāzes
spaiļu kārba Ārējais mitrais sols, noslēgts ar IP65 vai labāku Aizsargā elektriskos savienojumus pret korozīviem dūmiem
Stabila, tīra siltuma loma vafeļu tīrīšanā
PFA sildītāju izmanto, lai nodrošinātu stabilu un vienmērīgu siltumu vannām SC1 un SC2. Temperatūra vannā parasti tiek regulēta ar PID regulatoru ar PFA pārklājumu vai ar PFA apvalku termopāri. Uzdotā vērtība tiek uzturēta ±0,5 grādu robežās. Šī stabilitāte ir ļoti svarīga, jo:

SC1 efektivitāte: SC1 vanna paceļ daļiņas un veido regulētu silīcija dioksīda slāni pareizajā temperatūrā (70–80 grādi). Pārāk auksts, un visas daļiņas netiek noņemtas. Ja tas ir pārāk karsts, peroksīds sadalās pārāk ātri, kas samazina vannas kalpošanas laiku un var raupināt vafeļu virsmu.

SC2 efektivitāte: temperatūra ir metāla jonu eliminācijas kinētikas faktors. Pastāvīga, viendabīga vannas temperatūra nodrošina reproducējamu, paredzamu metāla noņemšanu pilnai vafeļu partijai.

Vannas ilgmūžība: jo augstāka temperatūra, jo ātrāk sadalās ūdeņraža peroksīds. Sildītājs var precīzi uzturēt iestatīto vērtību bez pārsniegšanas, samazinot peroksīda atkritumus un pagarinot vannas kalpošanas laiku.

PFA sildītājs ir ķīmiski klusa, -bez daļiņām esoša siltuma sala, kas nodrošina tikai precīzu, tīru siltumu, kas nepieciešams, lai no vafeles nevainojamās virsmas noņemtu pēdējo piesārņojuma atomu.

Salīdzinājums ar citiem sildītāja materiāliem SC1/SC2
Materiāls SC1 (sārmains oksidētājs) SC2 (skābi oksidējošs) metāla jonu izdalīšanās Daļiņu ģenerēšana Fab pieņemšana
Labs PFA/PTFE CietsIzcili Neviens Standarta Ļoti zems
Kvarcs Labs (lēna kodināšana ar SC1) Laba (SC2 kodināšana laika gaitā) Nav (bet iespējamas silikāta daļiņas) Mērens (virsmas kodināšanas daļiņu izdalīšanās) Trausls (ierobežots)
Titāns Slikts (veido titanātus, kodīgus) Slikti (caurules HCl/H2O2) Izdala Ti jonus Augsti Netiek izmantots
Polivinilidēna fluorīds (PVDF) Piemērots SC1, ierobežots līdz 80 grādiem SC2 lielisks, bet zemāka temperatūras robeža Nav Mērena Zemāka temperatūra
Kvarca sildītāji agrāk tika izmantoti dažos pusvadītāju slapjos stendos, taču tie ir neaizsargāti pret kodināšanu gan ar SC1, gan SC2, īpaši 80 grādu leņķī. Kodināšanas laikā silīcija dioksīda daļiņas tiek izlaistas vannā un sildītāja virsma ir raupja, nodrošinot vietas daļiņu savākšanai. Kvarcs ir arī trausls un var salūzt no termiskā šoka. PFA sildītāji ir izturīgāki, tiem ir ilgāks kalpošanas laiks un uzlabota daļiņu veiktspēja.

Secinājums: īpaši{0}}RCA Clean sirds
PFA iegremdējamais sildītājs ir galvenais siltuma avots RCA vafeļu tīrīšanas procesā, īpaši-tīrs un ķīmiski necaurlaidīgs, tieši atvieglojot pasaulē vismodernāko mikroshēmu izveidi. PFA apvalks neizdala metāla jonus un gandrīz nerada daļiņas, vienlaikus izturot ļoti kodīgas un oksidējošas SC1 un SC2 vannas 70–80 grādu temperatūrā. Pats sildītājs nepiesārņo īpaši-tīro tīrīšanas vidi, pateicoties bezspraugam-, pilnībā iztukšojamai konstrukcijai un tīras telpas komplektācijai ar dubultu-iepakojumu. Šis stabilais, tīrais siltums rada vienmērīgas, nevainojami tīras vafeļu virsmas{11}}pamats katrai nākamajai fotolitogrāfijas, kodināšanas un uzklāšanas procedūrai.

Silīcija mikroshēmas atomu pilnība sākas ar karstās ķīmiskās vannas tīrību, kas to attīra. SC1 un SC2 tvertnēs, katrā uzlabotajā pusvadītāju konstrukcijā, PFA sildītājs nesniedz tikai siltumu, diskrēti saglabājot tīrību, kas ļauj miljardiem tranzistoru darboties bez neviena nāvējoša defekta.