Kalrez全氟彈性體系列專題講座-五-Kalrez在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用

Kalrez全氟彈性體系列專題講座_五_Kalrez在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用2012-07-19###########2012-07-19###2#0#1#2#-#07-19########()Kalrez全氟彈性體系列專題講座五在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用Kalrez()編譯肖風(fēng)亮廣州機(jī)械科學(xué)研究院密封研究所,廣東廣州510700摘要:半導(dǎo)體的加工過程對工程技術(shù)人員分別提出了耐熱、耐化學(xué)介質(zhì)、超純凈等方面的要求,不同的Kalrez密封件可滿足這些要求。該文介紹了不同Kalrez膠料的性能及其在半導(dǎo)體工業(yè)中的選擇原則,概述了Kalrez膠料在半導(dǎo)體工業(yè)常用化學(xué)介質(zhì)中的性能。關(guān)鍵詞:全氟彈性體;半導(dǎo)體;耐化學(xué)介質(zhì)()文章編號:16712823220070220001206中圖分類號:TQ333.93文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B能力以及耐327?的高溫。作為一種聚合物材()料,全氟醚FFKM在耐熱性能方面超過了氟橡0前言膠及硅橡膠。除此之外,Kalrez高溫下保持其Kalrez全氟彈性體密封件在強(qiáng)腐蝕性介彈性和密封力的能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它彈性體。[1]質(zhì)中的成功應(yīng)用已有30多年的歷史了。半導(dǎo)體加工過程通常暴露在極端的等離子體輻Kalrez綜合了彈性體的彈性和Teflon氟樹脂射、熱及化學(xué)介質(zhì)環(huán)境當(dāng)中。晶片生產(chǎn)中對環(huán)的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性。采用一系列不同的膠境潔凈度的要求是非常高的。對半導(dǎo)體制造商料和特殊的超純工藝生產(chǎn)的O形圈和密封件來講,隔絕密封件降解過程中產(chǎn)生的氣體、可抽TM能滿足半導(dǎo)體工業(yè)的需要。KalrezUltraPure出物、粒子污染物等是一項重要的工作。密封件具有極佳的耐化學(xué)介質(zhì)和熱穩(wěn)定性能,Kalrez密封件按照ISO9000中規(guī)定的設(shè)備和采用特殊的配方和加工工藝,可滿足晶片生產(chǎn)設(shè)施要求生產(chǎn),可制備從傳統(tǒng)的密封件到具有()中特定加工環(huán)境的要求各種幾何形狀的密封件等等。還有多種形式的見表1。對于密封件的性能來說,能應(yīng)用于晶片生產(chǎn)是極富挑戰(zhàn)性Kalrez混煉膠分別滿足不同的加工設(shè)備和加的,而Kalrez密封件幾乎具備了耐所有介質(zhì)的工工藝的需要。表1Kalrez密封件在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用用途工作環(huán)境應(yīng)用其他聚合物的性能應(yīng)用Kalrez的性能TM400?的PECVD2EOS和O、大約)(用FFKMA生產(chǎn)2000片晶片氣體箱、噴淋頭、22用KalrezSahara8085可提高到3000W等離子體NF電鍍密封件后因裂紋和過量泄漏而失效25000片3TMPECVD2TEOS、O、N、氦氣及NF()用FFKMA11生產(chǎn)16500片晶223用KalrezSahara8085生產(chǎn)40000個切斷閥密封件片后失效等離子體、CF、N晶片后只產(chǎn)生了4次少量微粒262()用FFKMA2生產(chǎn)10000片晶片TM150?的HDPCVD2SiH、O及42KalrezSahara8085可提高到用后失效,原因是產(chǎn)生過量的粒子O形圈渦輪門NF等離子體20000片3污染物TM()用FFKMA11會產(chǎn)生令人討厭用KalrezSahara8085污染粒子產(chǎn)鎢CVD2WF及其它的NF等切斷閥密封件63的粒子污染生量降低51%,缺陷數(shù)降低33%用硅橡膠O形圈壽命2,3d,原TM用KalrezSahara8085O形圈使用灰化2O和N,80?以上切斷閥密封件因是輻射裂紋、硬化及產(chǎn)生污染222012-07-19###########2012-07-19###2##0#1#2#07--19########壽命一年,粒子產(chǎn)生量極低()續(xù)表腐蝕液2O、HO、Cl,BCl,2223TM()FFKMA114000射頻分鐘即用用KalrezSahara8575平均9000射(800W,90,100?,10毫托真空切斷閥密封件失效頻分鐘,最高可達(dá)16000射頻分鐘)度單位TM()深度蝕刻液2HBr、O、SF、NF,FFKMA2會變脆、破裂及泄用263KalrezSahara8575可使用10用窗密封條漏,FKM蝕刻一半即失效1500W,大約70?個月O形圈,晶片邊緣(用Kalrez6375UP與FFKMA17、()ECP工藝2O、HSO、電鍍FKM,密封件會因降解變得粘用324)密封件、機(jī)器臂吸B4、FKM、EPDM相比,耐化學(xué)介質(zhì)稠,污染晶片背面CuSO、檸檬酸、UPDI,100?4入口密封件性最好,可抽出物最少選擇指南見表2所示。半導(dǎo)體工業(yè)中常用Kalrez膠料1的選擇指南Kalrez在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用及膠料的[2]表2Kalrez在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用及膠料選擇指南加工典型典型工況推薦環(huán)境說明典型用途類型溫度Π?環(huán)境膠料CF,CF,CHF,SF,O,438362動態(tài):25,220蝕刻80858085—所有等離子H,HBr,BCl,CCl,Cl門窗密封條、閥門、振動2342等和氣體沉降中的應(yīng)8575閥、密封唇離O,CF,CHF,NH25,2502433拋光用性能最佳靜態(tài):子8575—在氧氣和含容器罐唇口、電極棒、燈和TMS,TEP,TEBO,TEOS,ΠHDPCVD氟的等離子區(qū)質(zhì)量8085管、排氣閥、氣體入口Π出氣SiH,NH,SiF,O,O,PECVD25,25043423損失小口、門窗密封條、中心環(huán)、8002體ΠSACVDNF,CF,CF,NO8002—在氧氣和含34262裝配件沉氟的等離子區(qū)粒子運(yùn)輸:降高真空,Ar,NPVD25,2502產(chǎn)生數(shù)量極少晶片ΠFPD的供應(yīng)及轉(zhuǎn)移8085WF,SiH,有機(jī)初級粒64金屬8575子,H,N,NF223CVDΠALD7075UP—在氧化、表,O,HO,HClN7075UP150,300熱氧化擴(kuò)散222面擴(kuò)散和LPCVD熱,SiHCl,HClNHLPCVD150,3008475322石英艙密封、裝配密封、中處理過程中最佳心環(huán)、高壓密封8475—在RTP及燈RTP及燈照低紅外線吸收及揮發(fā)性8475150,300照退火中最佳退火能濕UPDI,Piranha,SC21,SC2晶片預(yù)處理、25,125清洗、拋光()2,O,HF49%3HNO,HF,HO,HPO,3234蝕刻25,1806375UPHNO,乙酸,HO326375UP—在濕環(huán)境4079中應(yīng)用性能最佳門Π唇密封、排水密封、化HSO+氧化劑,有機(jī)酸,照相平板印244079—耐化學(xué)介質(zhì)學(xué)容器密封、裝配密封、過刷、顯影、拋NaOH,TMAH,二甲苯,性能最佳25,125濾器Π連接器密封、流量計1050LF—耐胺性能密封光nMP極佳nMPΠ鏈烷醇胺6375UP洗提25,125羥胺1050LFCuSO溶液,HSO,4246375UP25,100鍍銅HO,UPDI,檸檬酸22的性能見表3所示。2半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)常用的Kalrez膠料的性能密封件的膠料半導(dǎo)體工業(yè)中制造Kalrez1表3半導(dǎo)體工業(yè)制造Kalrez密封件的膠料的性能7硬度,硬度,最高工作100%壓縮永久變形,膠料顏色2495204?×70hΠ%邵爾A邵爾M溫度定伸應(yīng)力ΠMPa880862407.508085淺褐色42黑色85757230062292.47透明368800276250692.8815黑色7075UP75-3277.5515白色8847560713002.2023黑色6375UP黑色75832757.2325白色407975-3167.2325黑色203779-2206.20271050LF82-28812.4035)()((注:1.非特定用途;2.ASTMD2240球狀試樣,除非特定說明;3.JIS6253厚片試樣;4.ASTMD2240和ASTMD1414AS568)()()()K241O形圈;5.ASTMD412啞鈴狀試樣;6.JIS6251啞鈴狀試樣;7.ASTMD395B球狀試樣,除非特定說明;8.ASTMD395B和)(ASTMD1414AS568K214O形圈;9.杜邦公司專用實驗方法。TM[3]了一種接近生產(chǎn)線上實際工況的實驗方法。在2.1KalrezSahara8085TMKalrezSahara8085是專為滿足等離子體該項測試中,O形圈密封件被置于硅晶片加工和氣體沉降的應(yīng)用需求開發(fā)的,如蝕刻、拋光、時,直接暴露在極端的破壞性等離子體環(huán)境中。HDPCVD、PECVD、SACVD等。在含NF的等離3TMKalrezSahara8575相對于其它FFKM,具有更TM子體中粒子產(chǎn)生量最少。KalrezSahara8085小的質(zhì)量損失。在氧氣和含氟等離子體中粒子產(chǎn)生量極低和質(zhì)量損失最小,具有極佳的物理性能,適用于動態(tài)(和靜態(tài)密封如氣孔密封、氣體入口Π通道密封、)容器唇口密封。推薦的連續(xù)工作最高溫度是240?,短時間工作最高溫度可達(dá)275?。TM[4]2.2KalrezSahara8575TMKalrezSahara8575是白色膠料,用于蝕刻、拋光、PVD、金屬CVD、ALD等工藝過程。在TMKalrezSahara8575在等離子體中的質(zhì)量損1圖氧和含氟的等離子區(qū)域它具有質(zhì)量損失小、氣TM失,900W×1h,0.1Torr(真空度單位),直接暴相產(chǎn)物低、彈性性能佳等特點(diǎn)。KalrezSahara露8575具有極佳的真空性能、長時間的密封性能、良好的機(jī)械性能,適于靜態(tài)及動態(tài)密封工況2.2.2壓縮永久變形性能(如氣體入口密封、容器罐唇口密封、狹長的閥()通常特別是在高溫下用壓縮永久變形來)門密封。推薦的連續(xù)工作最高溫度是300?。評估彈性體的密封性能。然而,在多數(shù)情況下,2.2.1耐等離子體性能由于沒有相關(guān)的耐等()短時間內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)70h并不能代表長期的離子體性能的工業(yè)標(biāo)TM密封性能。KalrezSahara8575具有極佳的長準(zhǔn),為了選擇更合適的密封產(chǎn)品,杜邦公司開發(fā)()期密封能力見圖2。TM圖2KalrezSahara8575在204?下長期的密封性圖5Kalrez8002的質(zhì)量損失(900W×1h,0.1Torr)能(ASTMD395B和D14142241O形圈)Kalrez8002在干燥過程中表現(xiàn)出良好的TM2.2.3KalrezSahara8575O形圈的彈性回復(fù)耐化學(xué)介質(zhì)性能,具有較高的物理機(jī)械性能,適性能壓縮永久變形可用來表征長期使用于靜態(tài)和低應(yīng)力Π低密封力要求的工況。推用中的密薦的連續(xù)工作最高溫度是250?。封性能,但是它不能充分反映密封件在低溫壓由于Kalrez8002是沒有礦物填充劑的產(chǎn)縮后的彈性回復(fù)能力。良好的彈性回復(fù)能力可品,其質(zhì)量損失相對高一些。保證密封件在機(jī)器重新起動或維修后能夠迅速2.4Kalrez7075UP恢復(fù)到工作狀態(tài)。很多膠料都具有良好的壓縮Kalrez7075UP是黑色填充膠料,專用于半永久變形性能,但是低溫壓縮后的彈性回復(fù)能導(dǎo)體工業(yè)的氧化、熔爐散射、LPCVD等熱處理力卻較差。圖3給出了O形圈25%壓縮量于過程中。它具有突出的熱穩(wěn)定性、極低的揮發(fā)高溫下壓縮16h后,再在壓縮狀態(tài)下冷卻到低分、極佳的耐壓縮永久變形性能。Kalrez溫,經(jīng)釋放壓力后30min內(nèi)的回復(fù)百分?jǐn)?shù)。7075UP還具有極佳的密封力保持能力、良好的物理機(jī)械性能,適用于靜態(tài)和動態(tài)工況。推薦的連續(xù)工作最高溫度是327?,若短時間工作則經(jīng)受更高一點(diǎn)溫度也是可以的。TM[6]2.5KalrezSahara8475TMKalrezSahara8475是專門為滿足半導(dǎo)體(工業(yè)中的熱處理例如氧化、散熱爐、LPCVD、TM)RTP、退火等工藝而設(shè)計的。它具有極佳的熱圖3KalrezSahara8575彈性回復(fù)性能(214O形圈)(())穩(wěn)定性見表4、長時間的密封能力見圖6,[5]2.3Kalrez8002(紅外線吸收率低、高溫下?lián)]發(fā)分少的優(yōu)點(diǎn)見表Kalrez8002是未填充透明膠料,專用于半TM)5。KalrezSahara8475具有較好的物理機(jī)械導(dǎo)體工業(yè)中等離子體和氣體沉降過程。與用礦(性能,適用于靜態(tài)及低應(yīng)力Π低密封力工況例物填充的膠料相比,它在氧氣和含氟的等離子如石英管密封、轉(zhuǎn)動連接密封、鐘形玻璃容器密()體區(qū)域產(chǎn)生的污染微粒更少圖4、5。)封、高壓密封等。推薦的連續(xù)工作最高溫度是300?。TM表4KalrezSahara8475的70h壓縮永久變形性能ASTMD395B和D1414(AS568K214O形圈)溫度材料204?250?300?TM233045KalrezSahara8475Kalrez4079374145圖4Kalrez8002相對粒子生成量[900WFFKMA243100試樣損壞×1h,0.1Torr(真空度單位)]洗,漂洗,晶片的蝕刻,多余材料及污染物的去除等等。這些化學(xué)處理過程都會對彈性體密封件造成損傷,導(dǎo)致它們?nèi)苊?、降解或析出不受歡迎的金屬或其它離子,這些離子會影響到集成電路的功能。Kalrez在半導(dǎo)體工業(yè)常用介質(zhì)中的溶脹性能見表6所示。表6Kalrez在半導(dǎo)體工業(yè)常用介質(zhì)中的溶脹性能體積溶脹Π%實驗方法:ISO3384方法A,Shawbury2Wallace應(yīng)力松弛儀,2142O形圈,25%壓縮量?；瘜W(xué)介質(zhì)條件KalrezKalrezKalrezTMKalrezSahara8475在204?下的密封保持率6圖6375UP4079UP1050UPTMKalrezSahara8475高溫下的揮發(fā)物———TG2UPDI水85?×30d0.72.35.5表525?×30dPiranha0.10.10.1?Πmin)MS揮發(fā)分分析(溫度升至400?,1025?×30dSC210.61.10.6室溫室溫室溫室溫25?×30d,400?SC220.10.10.2100?,200?,300?,氣體25?×30d-6Π×10-6-6-649%HF2.80.61.8Π×10Π×10Π×10100?×7d2.69.8氫氧化銨未測試120?×30dOH22553243452()硫酸HSO硝酸241.30.82.885?×7dHF+0001()HNO磷酸Π醋酸Π硝酸360?×28d未測試2.11.5CF+00012混合液氫氟酸ΠHNF鹽460?×28d未測試1.01.0CO002103酸、硝酸、HO正甲基吡2260?×28d未測試0.01.0咯酮CF00019280?×7d未測試二甲基乙酰亞胺5.06.0CHF+0002080?×7d2.02.43.2CF+000119395?×10d2.44.04.4CF+80?×10d2300023TM180?×10dACT690C1.57.92.0CFO+30000TM125?×10d2.06.22.0ACT2NP870CF+24000980?×10dTM11.65.11.8ACT935CF+25000175?×7dTM10.00.00.3CF+ACTNE214350003175?×7dTM12.76.55.2ACTCMI總逸出量Π%0.000.030.030.0775?×7dTM2總質(zhì)量損失Π%1.02.80.7EKC2650.000.000.010.0795?×10dTM23.110.010.1EKC83080?×10d[7]6375UP2.6KalrezTM280?×10d0.71.72.5EKC4000PCTKalrez6375UP是黑色填充膠料,用于半導(dǎo)80?×10d31.57.92.0PRS21000體工業(yè)中的濕法處理過程。它具有極佳的耐化TM32.06.22.0PRS23000學(xué)介質(zhì)性能,耐各種濕法處理過程中的酸、堿、TM31.65.11.8ALEG310胺類清洗劑。它具有低抽出性及良好的物理性TM32.76.55.2REZI28能和壓縮永久變形性能,可使用于濕法處理過注:1—Ashland公司產(chǎn)品;2—EKC科技公司產(chǎn)品;3—J.T.(程中的靜態(tài)和動態(tài)密封例如過濾密封、排水密Baker公司產(chǎn)品。以上體積溶脹值僅供參考,一般小于10%的)封、流量計工況。推薦的連續(xù)工作最高溫度是體積溶脹是比較理想的。275?。2.6.2污染物控制2.6.1極佳的耐化學(xué)介質(zhì)性能將半導(dǎo)體原材半導(dǎo)體設(shè)備很容易受到多種污染物的攻料轉(zhuǎn)變成有用的配件的過程(中要經(jīng)歷幾百個化學(xué)處理過程。這些過程中幾擊,其中包括痕量化學(xué)物質(zhì)陰離子及全部有機(jī)())個重要的步驟包括酸蝕、溶劑、堿包括胺清碳TOC、金屬離子和微粒污染物?；瘜W(xué)處理和水處理工藝可能會成為污染源,并會影響到晶Kalrez4079是黑色、低壓縮永久變形的膠()()片的進(jìn)一步加工。氯如氯離子就是這類污染料見表7,適用于半導(dǎo)體工業(yè)中多種濕法和源之一,在化學(xué)處理過程中應(yīng)加以嚴(yán)格控制。干法加工環(huán)境。它具有極佳的耐化學(xué)介質(zhì)性(在UPDI過程中,TOC會粘附到晶片的表面,影能、良好的物理性能和突出的熱穩(wěn)定性能見表)響氧化劑鍍膜的質(zhì)量。彈性體密封件是這些污8。Kalrez4079在等離子體中的質(zhì)量損失小,染物的重要來源。Kalrez6375UP可將這個潛在循環(huán)溫度下工作時相應(yīng)速度快,而在含胺類在的化學(xué)和有機(jī)物污染控制在一個極低的范圍物質(zhì)工況下不宜選用。推薦的連續(xù)工作的最高內(nèi)。Kalrez6375UP的氯離子抽出性能及TOC溫度是316?,短時間內(nèi)偏移到更高一點(diǎn)的溫抽出性能分別見圖7、8所示。度也是可以的,可以被用于超純的后清潔和包裝工序。表7Kalrez4079典型的壓縮永久變形性能(ASTMD395B和D1414AS568K214O形圈,70h)溫度材料204?250?300?圖7Kalrez6375UP的氯離子抽出性能374145Kalrez4079(UPDI水中,85?×1月)43100FFKMA2試樣損壞表8Kalrez4079體積溶脹性能化學(xué)介質(zhì)測試條件體積溶脹性能Π%UPDI水85?×30d2.325?×30dPiranha0.125?×30dSC211.1圖8Kalrez6375UP的TOC抽出性能(UPDI水中85?×1月)化學(xué)處理工藝中會導(dǎo)致一些金屬離子從橡:參考文獻(xiàn)膠密封件中抽出。這些金屬離子,根據(jù)數(shù)量和[1]Kalrezsealsforprovenreliabilityinaggressivewafer種類的不同可能會改變半導(dǎo)體制品的電性能或processing