Kako se PTFE grijači koriste za zagrijavanje kupki za čišćenje SC1 i SC2 u tvornicama poluvodiča?

RCA clean je osnovni kemijski postupak u dva- koraka koji skida silicijsku pločicu do atomski besprijekorne površine, spremne za proizvodnju tranzistora vrijednu milijardu- dolara koja slijedi. SC1 (amonijev hidroksid/vodikov peroksid) koristi se za uklanjanje organskih čestica, SC2 (klorovodična kiselina/vodikov peroksid) za uklanjanje metalnih iona. Obje kupke se zagrijavaju na 70-80 stupnjeva i vrlo su korozivne i oksidirajuće. Potopni grijač unutar ovih vitalnih spremnika za čišćenje mora biti neosvojiva citadela kemijske čistoće, ne dopuštajući metalnim ionima ili česticama natrag na pločicu. PTFE i njegov relativni PFA visoke čistoće su materijali koji ispunjavaju ovaj maksimalni zahtjev.

RCA proces čišćenja: SC1 i SC2 kupke
RCA clean, koji je razvio Werner Kern iz RCA Laboratories 1970-ih, ostaje zlatni standard za pred-difuzijsko čišćenje pločica u proizvodnji poluvodiča. Postupak se sastoji od dvije uzastopne vruće kemijske kupke:

SC1 (Standardno čišćenje 1) Mješavina amonijevog hidroksida (NH 4 OH); vodikov peroksid (H 2 O 2 ); deionizirana (DI) voda; obično u omjeru 1:1:5. Kupelj se zagrijava na 70-80oC. SC1 je alkalan (pH ~ 10-11) i značajno oksidira. Uklanja organske ostatke, čestice i određene metale oksidacijom u kombinaciji s nagrizanjem površine. Vodikov peroksid se lako raspada na visokoj temperaturi i čini kupku kemijski agresivnom i kratkotrajnom.

SC2 (Standardno čišćenje 2): Mješavina klorovodične kiseline (HCl), vodikovog peroksida (H2O2) i DI vode obično u omjeru 1:1:6. Također zagrijana na 70-80 stupnjeva. SC2 je intenzivno oksidirajući i kiseo (pH≈1−2). Eliminira ione alkalijskih i prijelaznih metala (npr. željezo, bakar, nikal, krom) koji ostaju na površini ploče nakon SC1.

Poslije svake faze napolitanke se peru ultračistom vodom. Kombinirani SC1/SC2 proces rezultira površinom silicija koja ima tanki kemijski oksid za zaštitu i vrlo niske razine kontaminacije česticama i metalima, tipično<1010 atoms/cm2 for metals and no particles larger than 0.1 µm.

To zahtijeva zagrijavanje ovih kada. kemijske reakcije su prespore na sobnoj temperaturi i učinkovitost čišćenja je niska. Reakcije se izvode optimalnom brzinom na 70-80 stupnjeva, a površina pločice je dobro kondicionirana. Ali visoke temperature ubrzavaju razgradnju vodikovog peroksida i korozivnost kemikalija. Uranjajući grijač mora biti otporan na ovo okruženje bez kontaminacije kupke.

Zašto je industrijski standard za SC1 i SC2 kupke PTFE (PFA) grijač
PTFE grijač SC1 SC2 primjena za čišćenje poluvodiča zahtijeva materijal kemijski inertan na jake lužine (SC1) i jake kiseline (SC2) te na koncentrirani vodikov peroksid na povišenim temperaturama. Najbolji način pružanja ove usluge je pomoću perfluoroalkoksi (PFA), fluoropolimera koji se može obraditi taljenjem, sličnog PTFE-u. Budući da se izraz koristi generički, grijači u industriji poluvodiča često se nazivaju "PTFE grijači", čak i ako je PFA taj koji je namočen.

Kemijska otpornost na alkalne i kisele oksidirajuće kupke
PFA je u potpunosti kompatibilan sa SC1 i SC2 kemijama:

Otpornost na SC1: Amonijev hidroksid je jaka baza. Vodikov peroksid je snažan oksidans. Smjesa je vrlo korozivna za većinu metala i mnoge polimere. PFA nije pokazao pogoršanje, edem ili gubitak težine nakon produljenog kontakta sa zagrijanim SC1.

Otpornost na SC2: Nehrđajući čelik, titan, pa čak i neke legure nikla brzo su napadnute klorovodičnom kiselinom na 70-80 stupnjeva. PFA je otporan na HCl i na oksidirajući učinak H₂O₂.

U usporedbi s metalnim grijačima, PFA omotač ne uvodi apsolutno nikakve metalne ione u kadu. Ovo je ključno jer će se bilo koji ion željeza, nikla, kroma ili bakra isprani iz grijača ponovno taložiti na površini ploče tijekom čišćenja, potkopavajući cilj faze uklanjanja metala SC2.

Ultra{0}}glatka ne{1}}porozna površinska proizvodnja čestica
PFA je ekstrudiran ili strojno obrađen s glatkom, ne{0}}poroznom završnom obradom (obično Ra ? 0,5 ​​µm). Nikakve čestice ili ljuskice ne otpuštaju se s površine u kadu. Metalni grijači, međutim, mogu razviti rupičasti ili oksidni kamenac koji može izbaciti male čestice. Ako je premaz ugrožen, metalni grijači presvučeni PTFE-om (tanki sloj fluoropolimera preko metalne jezgre) i dalje mogu proizvoditi čestice. Čvrsti PFA omotač je homogen i ne razdvaja se u slojeve.

Potpuno isušiva, dizajn-bez pukotina
PFA uronjeni grijači za upotrebu u poluvodičkim aplikacijama konstruirani su bez pukotina. Svaka pukotina, šav ili mrtva-noga u sklopu grijača zadržala bi zaostale kemikalije za čišćenje ili vlagu, što bi moglo kontaminirati kasnija kupanja ili razviti bakterije (kod ispiranja DI vodom). Vlažene površine grijača su glatke, kontinuirane i potpuno drenirane. Montažna prirubnica je obično PFA visoke -čistoće ili elektropolirani nehrđajući čelik i nalazi se iznad razine tekućine. PFA brtva štiti metal od kontakta s kemikalijama.

Napomena o čistoći: sastavljanje, testiranje i dvostruko pakiranje u čistim sobama
Za upotrebu u SC1 i SC2 kupkama PFA grijač mora biti proizveden i pakiran u vrlo čistim uvjetima. Sljedeći protokol je uobičajen za poluvodičku opremu:

Okruženje sastavljanja Sastavljanje grijača izvodi se u čistoj prostoriji ISO klase 5 (klase 100) ili boljoj s laminarnim protokom. Svo osoblje za montažu nosi odjeću za čiste prostorije (odijela za zečiće, rukavice, maske za lice) i pridržava se strogih propisa kako bi se izbjeglo unošenje čestica.

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 dio-na-milijardu bilo kojeg prijelaznog metala.

Dvostruko pakiranje: čisti, suhi i testirani grijač zatvoren je u prvu čistu unutarnju vrećicu od ESD sigurnog polietilena s niskim-česticama. Unutarnja vrećica je termički zatvorena. Grijač u vrećici se zatim stavlja u drugu, čistu vanjsku vrećicu i ponovno zapečaćuje. Obje vrećice su označene serijskim brojem grijača, datumom potvrde o čistoći i uputama za rukovanje (npr. "Otvoriti samo u čistim sobama").

Vanjsko pakiranje: grijač u dvostrukoj vrećici stavlja se u transportni spremnik obložen pjenom kako bi se mehanička oštećenja svela na minimum.

Grijač se kupcu isporučuje u zatvorenim dvostrukim vrećama. Grijač se dovodi u proizvodnu čistu sobu kroz prolaz-kroz ili prostor za odijevanje. Na ulazu u čistu sobu vanjska vreća se uklanja, a unutarnja vreća se otvara samo na mjestu postavljanja unutar mokre klupe. Ovaj strogi pristup jamči da grijač ne kontaminira kadu SC1 ili SC2.

Značajke dizajna grijača za uslugu SC1 / SC2.
Razlog zahtjeva značajke
Okvašena tvar Čvrsti PFA (perfluoroalkoksi) ili PTFEC Kemijski inertan, niska proizvodnja čestica, bez metalnih iona
Gustoća vata plašta < 5 W/cm2 (normalno 3-4 W/cm2) Sprječava lokalno ključanje i toplinsko propadanje H 2 O 2 Grijaći element Potpuno inkapsulirana legura nikal-kroma (NiCr) Otporna na koroziju unutar priloženog PFA plašta.
Hladna zona (ne grijana) Duljina iznad razine tekućine Veća ili jednaka 150 mm Sprječava suhu-vatru Štiti stijenku spremnika od topline kada razina tekućine padne
Montažna prirubnica PFA ili elektropolirani 316L SS (iznad tekućina) Otpornost na kemikalije; ako je metal, uklonjen iz isparenja
Površinska obrada Ra=0.5 µm maks., bez pukotina ili niti na mokroj stazi Sprječava nakupljanje-taloga i hvatanje čestica
Kabel Fleksibilni PFA omotač, izolacija-klase čiste sobe Otporan na prskanje kemikalija Nisko ispuštanje plinova
Priključna kutija Vanjska mokra stolica, zabrtvljena na IP65 ili bolju Štiti električne spojeve od korozivnih para
Uloga stabilne, čiste topline u čišćenju vafla
PFA grijač se koristi za davanje stabilne i ravnomjerne topline kupkama SC1 i SC2. Temperaturu u kadi obično regulira PID regulator s termoelementom obloženim PFA ili PFA omotačem. Zadana vrijednost se održava unutar ±0,5 stupnjeva. Ova stabilnost je vrlo važna jer:

SC1 učinkovitost: SC1 kupka podiže čestice i gradi regulirani sloj silicijevog dioksida na pravoj temperaturi (70-80 stupnjeva). Prehladno i nisu uklonjene sve čestice. Ako je prevruće, peroksid se prebrzo razgrađuje, što smanjuje vijek trajanja kupke i može ohrapaviti površinu ploče.

SC2 učinkovitost: Temperatura je faktor u kinetici eliminacije metalnih iona. Konstantna, homogena temperatura kupke osigurava ponovljivo, predvidljivo uklanjanje metala za cijelu seriju pločica.

Dugotrajnost kupke: Što je viša temperatura, to se vodikov peroksid brže razgrađuje. Grijač može precizno održavati zadanu vrijednost, bez prekoračenja, smanjujući gubitak peroksida i produljujući vijek trajanja kupke.

PFA grijač je kemijski tihi otok topline-bez čestica koji ne daje ništa osim precizne, čiste topline potrebne za izvlačenje svakog atoma onečišćenja s besprijekorne površine vafla.

Usporedba s drugim materijalima grijača u SC1/SC2
Materijal SC1 (alkalna oksidacija) SC2 (kisela oksidacija) Oslobađanje metalnih iona Stvaranje čestica Fab Acceptance
Dobar PFA/PTFE Čvrst Odličan Ništa Standardan Vrlo nizak
Kvarc Dobro (sporo nagrizanje sa SC1) Dobro (SC2 nagrizanje tijekom vremena) Ništa (ali potencijalne silikatnih čestica) Umjereno (oslobađanje čestica nagrizanjem površine) Lomljivo (ograničeno)
Titan Loš (stvara titanate, korozivno) Loš (pitting u HCl/H2O2) Otpušta Ti ione Visok Ne koristi se
Poliviniliden fluorid (PVDF) Dobar za SC1, ograničen na 80 stupnjeva SC2 odličan, ali niža granica temperature Ništa Umjereno Niža temperatura
Kvarcni grijači su se u prošlosti koristili u nekim poluvodičkim vlažnim stolovima, ali su osjetljivi na jetkanje od strane SC1 i SC2, posebno na 80 stupnjeva. Tijekom jetkanja, čestice silicijevog dioksida otpuštaju se u kadu, a površina grijača postaje hrapava, stvarajući mjesta za skupljanje čestica. Kvarc je također krt i može se slomiti od toplinskog udara. PFA grijači su robusniji, imaju dulji vijek trajanja i imaju poboljšane performanse čestica.

Zaključak: Ultra-Pure srce R CA Clean
PFA uronjeni grijač ključni je izvor topline za RCA proces čišćenja pločica, ultra-čist i kemijski neprobojan, izravno olakšava stvaranje najnaprednijih mikročipova na svijetu. PFA omotač ne otpušta nikakve metalne ione i ne proizvodi gotovo nikakve čestice dok podnosi visoko korozivne i oksidirajuće kupke SC1 i SC2 na 70-80 stupnjeva. Sam grijač ne zagađuje ultra-čisto okruženje za čišćenje zahvaljujući dizajnu-bez pukotina, s potpunom drenažom i sklopu za čistu sobu s dvostrukom-vrećom. Ova stabilna, čista toplina stvara ujednačene, besprijekorno čiste površine pločica-temelj za svaki sljedeći postupak fotolitografije, jetkanja i taloženja.

Atomsko savršenstvo silikonskog čipa počinje s čistoćom vruće kemijske kupke koja ga čisti. U spremnicima SC1 i SC2, u svakoj naprednoj tvornici poluvodiča, PFA grijač ne dodaje ništa osim topline, diskretno čuvajući čistoću koja omogućuje milijardama tranzistora da rade bez ijednog fatalnog kvara.