Kako se PTFE grijači koriste u predgrijavanju sumporne kiseline za čišćenje poluvodičkih ploča (SPM)?

SPM clean- visoko oksidirajuća smjesa koncentrirane sumporne kiseline i vodikovog peroksida- koristi se za ekstrakciju organskih ostataka iz silicijskih pločica prije bitnih procesa u proizvodnji poluvodiča. Otopina se zagrijava na oko 120-150 stupnjeva, temperaturni raspon koji brzo eliminira konvencionalni PTFE kao prikladan materijal za plašt. Za ovaj postupak, uronjeni grijač mora biti izrađen od fluoropolimera otpornijeg na temperaturu, PFA.

Sustav grijanja unutar poluvodičkih mokrih stolova mora se oduprijeti jednom od najtežih kemijskih uvjeta u industrijskim procesima, dok u isto vrijeme održava ultra{0}}visoku čistoću. Tako realizirani dizajn općenito je unutar veće klase PTFE grijača sumporne kiseline SPM poluvodiča, ali odabrani materijal za plašt je PFA visoke -čistoće, a ne standardni PTFE.

Razumijevanje postupka čišćenja SPM-a
SPM (smjesa sumpornog-peroksida) obično se koristi u industriji poluvodiča za uklanjanje ostataka fotorezista, organskih kontaminanata i tragova ugljikovih spojeva s površine ploče.

Otopina se obično pravi u volumnom omjeru sumporne kiseline i vodikovog peroksida od 3:1 do 4:1. Dodavanje vodikovog peroksida u koncentriranu sumpornu kiselinu proizvodi vrlo reaktivnu oksidirajuću otopinu. Miješanje stvara značajnu toplinu, egzotermne prirode, a temperatura kupelji može brzo porasti čak i prije dodavanja vanjske topline.

Vrelište otopine raste s povećanjem koncentracije sumporne kiseline. Radne temperature obično su u rasponu od 120 do 150 stupnjeva, ovisno o kemiji procesa i razini kontaminacije.

Na ovim temperaturama zahtjevi za dizajn grijača uključuju kemijsku otpornost i toplinsku stabilnost.

Zašto SPM nije prikladan za standardni PTFE
PTFE uronjeni grijači kroz povijest su bili prilično uspješni u mnogim kiselim i korozivnim primjenama. Međutim, zahtjev za toplinom SPM kupki za čišćenje često ne zadovoljavaju dostupni obični PTFE materijali.

PFA (perfluoroalkoxy alkane) ima razne prednosti za ovu primjenu:

Kontinuirana usluga na temperaturama do 260 stupnjeva

Dobra otpornost na oksidaciju sumpornom kiselinom i peroksidom

Konstrukcija visoke čistoće kompatibilna s obradom poluvodiča

Niska ionska kontaminacija i niske ekstrakcije

Prilagođene geometrije uronjenog grijača su prilagodljive

Mnogi procesni inženjeri ležerno nazivaju te sustave PTFE grijačima, međutim omotač je posebno proizveden od poluvodičkog-PFA.

Funkcija PFA uronjenog grijača
U SPM kupelji grijač je kemijski inertan vrući prst u snažno oksidirajućoj tekućini koja bi u trenu uništila tradicionalne metalne sustave grijanja.

PFA navlaka štiti unutarnji grijač od izravnog kontakta s kombinacijom sumpornog-peroksida i sprječava da metalna kontaminacija uđe u procesnu kemiju. Ovo upravljanje kontaminacijom je kritično jer čak i tragovi metalnih iona mogu ometati performanse pločice i učinak uređaja.

Općenito, samo dvije tehnologije grijača smatraju se prikladnima za SPM okruženja:

Uranjajući grijači visoke čistoće s PFA premazom

Grijaći elementi s kvarcnim omotačem

PFA grijači popularni su među ovim izborom zbog svoje kemijske otpornosti, toplinske izdržljivosti i fleksibilnosti izrade.

Gustoća vata mora biti konzervativna
SPM otopine rade na vrlo blizu njihovog efektivnog raspona vrenja. Kao rezultat toga, gustoća vata grijača mora ostati namjerno konzervativna.

Previsoke površinske temperature mogu izazvati lokalno pregrijavanje na sučelju plašta. S koncentriranim mješavinama sumpornog-peroksida, udaranje može biti snažno zbog lokalnog pregrijavanja, naglog ispuštanja pare ili nestabilnog vrenja.

Stoga su uronjeni grijači za kvalitetu poluvodiča razvijeni sa:

Niska površinska gustoća vata

Ravnomjerna raspodjela topline

Kontrolirana geometrija uranjanja

Precizna kontrola temperature

Konstantna pokrivenost tekućinom

Problem nije brz prijenos topline, već postojano, pouzdano održavanje topline.

Razmatranja dizajna vlažnog stolnog grijača za poluvodiče
SPM uronjeni grijači često su dizajnirani za specifične geometrije spremnika i dubine uranjanja. Ako je omotač iznad linije tekućine, koncentracije toplinskog naprezanja mogu dovesti do skraćenog vijeka trajanja grijača ili oštećenja površine fluoropolimera.

U primjenama poluvodiča postoji nekoliko pitanja dizajna od posebne važnosti.

Kontrola dubine uranjanja
Grijač mora biti potpuno uronjen kada radi. Djelomično izlaganje može uzrokovati visoke temperature plašta i olakšati zamor materijala.

Visoka čistoća konstrukcije
Razine kontaminacije u proizvodnji poluvodiča moraju biti izrazito niske. Sklopovi grijača stoga su izrađeni od fluoropolimera visoke čistoće, korištenjem proizvodnih tehnika kompatibilnih s čistim sobama i s minimalnim izlaganjem metala.

Kontrola toplinske ekspanzije
Ponavljano mijenjanje temperature okoline i radne temperature može uzrokovati mehaničko naprezanje u ovojnici od fluorpolimera. Odgovarajući razmak potpore i raznovrsni rasporedi učvršćenja ograničavaju nakupljanje zamora.

Periodični pregledi
Potrebna je redovita inspekcija kako bi se uočili rani pokazatelji pucanja uslijed naprezanja, promjene boje ili površinske deformacije. U modernim pogonima za proizvodnju pločica uobičajeno je planirati preventivnu zamjenu kako bi se izbjegli neočekivani prekidi procesa.

Sigurnosni savjet
SPM Kemija ekstremnih opasnosti
SPM otopine su među najopasnijim kemijskim mješavinama koje se koriste u proizvodnji poluvodiča.

Mješavina sumporne kiseline i vodikovog peroksida vrlo je egzotermna, agresivno oksidira i može izazvati ozbiljne kemijske opekline i brze reakcije. Svako nenamjerno onečišćenje vodom može uzrokovati brzo stvaranje pare i eksplozivno izbacivanje vruće kiseline.

Evo zašto:

Spremnici moraju biti suhi prije punjenja kemije

Metode dodavanja kemikalija moraju imati stroge protokole sekvenciranja

Razine uranjanja grijača moraju se održavati konstantnima

Potrebni su sustavi za regulaciju temperature i zaštitu od prekomjerne temperature

Otopina smije doći u dodir samo s odgovarajućim materijalima kao što su PFA visoke čistoće ili kvarc.

Operativne operacije često su regulirane sigurnosnim zahtjevima za poluvodičke objekte i automatizirane sustave za rukovanje kemikalijama.

Zašto je PFA postao industrijski standard
Posao s poluvodičima zahtijeva i kemijsku agresivnost i atomsku čistoću. Čišćenje SPM-om učinkovito je u uklanjanju žilave organske kontaminacije koja bi inače mogla ometati procese fotolitografije, taloženja i jetkanja na nanomjerama.

Uranjajući grijači s plaštom od PFA-a istovremeno ispunjavaju brojne važne procesne zahtjeve:

Otporan na koncentriranu sumpornu kiselinu

Stabilnost u oksidacijskim uvjetima bogatim peroksidom

Mogućnosti visokih temperatura

Minimalna generacija čestica

Nizak rizik od metalne kontaminacije

Ova kombinacija čini PFA uronjene grijače temeljnom tehnologijom u suvremenoj opremi za mokru obradu poluvodiča.

Sažetak i zaključak
Primjena SPM poluvodiča sumporne kiseline za PTFE grijač jedno je od najizazovnijih okruženja u tehnologiji kemijskog grijanja. U praksi, plašt grijača izrađen je od PFA visoke-čistoće, fluoropolimera koji može izdržati oštro oksidirajuće okruženje i visoke temperature kupki za čišćenje sumpornim-peroksidom.

Ovi grijači rade sigurno unutar SPM sustava koji se koriste za napredno čišćenje pločica zahvaljujući pažljivo kontroliranoj gustoći vata, stabilnim uvjetima uranjanja i strogom upravljanju kontaminacijom. Uz to, periodično ispitivanje na pucanje uslijed naprezanja i toplinski zamor dodatno doprinosi dugoročnoj-pouzdanosti procesa.

Uranjajući grijač s plaštem PFA- pojavio se kao industrijski standard za pružanje intenzivne kemije čišćenja potrebne prije formiranja nanoskopskih struktura uređaja u proizvodnji poluvodiča. Tehnologija grijanja najveće čistoće konačno proizvodi silicij najviše čistoće u nekoliko područja.