Как се използват PTFE нагреватели при предварително нагряване на сярна киселина за почистване на полупроводникови пластини (SPM)?

SPM clean- силно окисляваща смес от концентрирана сярна киселина и водороден пероксид- се използва за извличане на органични остатъци от силициеви пластини преди основни процеси в производството на полупроводници. Разтворът се нагрява до около 120-150 градуса, температурен диапазон, който бързо елиминира конвенционалния PTFE като подходящ материал за обвивка. За тази процедура потапящият нагревател трябва да бъде направен от по-устойчив на температура флуорополимер, PFA.

Отоплителната система вътре в полупроводниковите мокри пейки трябва да издържа на едни от най-тежките химически условия в индустриалните процеси, като в същото време поддържа ултра{0}}висока чистота. Така реализираният дизайн обикновено е в рамките на по-широкия клас PTFE нагреватели със сярна киселина SPM полупроводникови приложения, но избраният материал за обвивка е PFA с особено висока-чистота, а не стандартен PTFE.

Разбиране на процедурата за почистване на SPM
SPM (Сърна{0}}пероксидна смес) обикновено се използва в полупроводниковата индустрия за отстраняване на остатъци от фоторезисти, органични замърсители и следи от въглеродни съединения от повърхността на пластината.

Разтворът обикновено се прави като обемно съотношение 3:1 до 4:1 на сярна киселина към водороден пероксид. Добавянето на водороден пероксид към концентрирана сярна киселина произвежда много реактивен окислителен разтвор. Смесването генерира значителна топлина, екзотермична по природа, и температурата на ваната може да се повиши бързо дори преди добавянето на външна топлина.

Точката на кипене на разтвора се повишава с увеличаване на концентрацията на сярна киселина. Работните температури обикновено са в диапазона от 120 градуса до 150 градуса, в зависимост от химията на процеса и нивото на замърсяване.

При тези температури изискванията за проектиране на нагревателя включват химическа устойчивост и термична стабилност.

Защо SPM не е подходящ за стандартен PTFE
PTFE потопяеми нагреватели исторически са били доста успешни в много киселинни и корозивни приложения. Въпреки това, изискването за топлина на SPM почистващите вани често не се изпитва от наличните обикновени PTFE материали.

PFA (перфлуороалкокси алкан) има различни предимства за това приложение:

Непрекъснато обслужване при температури до 260 градуса

Добра устойчивост на сярна киселина и пероксидно окисление

Конструкция с висока чистота, съвместима с обработка на полупроводници

Ниско йонно замърсяване и малко екстракти

Персонализираните геометрии на потопяем нагревател са адаптивни

Много инженери-технологи небрежно наричат ​​тези системи PTFE нагреватели, но обвивката е специално произведена от полупроводников-клас PFA.

Функцията на потопяемия нагревател PFA
В SPM банята нагревателят е химически инертен горещ пръст в силно окисляваща течност, която би разрушила светкавично традиционните метални отоплителни системи.

PFA ръкавът предпазва вътрешния нагревател от директен контакт с комбинацията от серен-пероксид и предотвратява навлизането на метално замърсяване в химията на процеса. Това управление на замърсяването е от решаващо значение, тъй като дори следи от метални йони могат да попречат на производителността на пластините и производителността на устройството.

Като цяло само две нагревателни технологии се считат за подходящи за SPM среди:

Потопяеми нагреватели с висока чистота с PFA покритие

Нагревателни елементи с кварцова обвивка

PFA нагревателите са популярни сред тези избори заради тяхната химическа устойчивост, термична издръжливост и гъвкавост на изработка.

Плътността на ватовете трябва да бъде консервативна
SPM разтворите работят при много близки до техния ефективен диапазон на кипене. В резултат на това ватовата плътност на нагревателя трябва да остане съзнателно консервативна.

Прекомерните температури на повърхността могат да предизвикат локално прегряване на интерфейса на обвивката. При смеси от концентриран серен-пероксид, блъскането може да бъде силно поради локализирано прегряване, рязко отделяне на пари или нестабилно кипене.

По този начин, потопяеми нагреватели за полупроводников клас са разработени с:

Ниска повърхностна ватова плътност

Равномерно разпределение на топлината

Контролирана геометрия на потапяне

Прецизен контрол на температурата

Постоянно течно покритие

Проблемът не е бързият пренос на топлина, а постоянната, надеждна топлинна поддръжка.

Съображения за проектиране на нагревател за мокър стенд за полупроводници
SPM потопяемите нагреватели често са проектирани за специфични геометрии на резервоара и дълбочини на потапяне. Ако обвивката е над линията на течността, концентрациите на топлинен стрес могат да доведат до съкратен живот на нагревателя или повреда на повърхността на флуорополимера.

В полупроводниковите приложения има няколко въпроса за проектиране от особено значение.

Контрол на дълбочината на потапяне
Нагревателят трябва да е напълно потопен, когато работи. Частичното излагане може да причини високи температури на обвивката и да улесни умората на материала.

Строителство с висока чистота
Нивата на замърсяване при производството на полупроводници трябва да бъдат изключително ниски. Следователно модулите на нагревателите са направени от флуорополимери с висока чистота, като се използват производствени техники, съвместими с чисти помещения, и с минимално излагане на метал.

Контрол на термичното разширение
Повтарящите се цикли между околната и работната температура могат да причинят механично напрежение във флуорополимерната обвивка. Правилното разстояние между опорите и разнообразните монтажни устройства ограничават натрупването на умора.

Периодични прегледи
Необходима е редовна проверка, за да се открият ранни признаци на напукване, обезцветяване или повърхностна деформация. В модерните съоръжения за производство на вафли е обичайно да се планира превантивна подмяна, за да се избегнат непредвидени прекъсвания на процеса.

Съвети за безопасност
SPM Химия на екстремни опасности
SPM разтворите са сред най-опасните химически смеси, използвани в производството на полупроводници.

Сместа от сярна киселина и водороден пероксид е много екзотермична, агресивно окисляваща и може да причини сериозни химически изгаряния и бързи реакции. Всяко неволно замърсяване на водата може да причини бързо образуване на пара и експлозивно изхвърляне на гореща киселина.

Ето защо:

Резервоарите трябва да са сухи преди зареждане с химия

Методите за добавяне на химикали трябва да имат строги протоколи за последователност

Нивата на потапяне на нагревателя трябва да се поддържат постоянни

Необходими са системи за регулиране на температурата и защита от прекомерна температура

Разтворът трябва да влиза в контакт само с подходящи материали като PFA с висока чистота или кварц.

Оперативните операции често се регулират от изисквания за безопасност за полупроводникови съоръжения и автоматизирани системи за предаване на химикали.

Защо PFA стана индустриален стандарт
Бизнесът с полупроводници изисква както химическа агресивност, така и атомна чистота. Почистването със SPM е ефективно за премахване на упорити органични замърсявания, които иначе биха могли да попречат на процесите на фотолитография, отлагане и ецване в наномащабни мащаби.

Потопяемите нагреватели с PFA-обшивка отговарят едновременно на много важни изисквания за процеса:

Устойчив на концентрирана сярна киселина

Стабилност в богати на пероксид окислителни условия

Възможност за висока температура

Минимално генериране на частици

Нисък риск от метално замърсяване

Тази комбинация прави PFA потопяемите нагреватели основна технология в съвременното оборудване за мокра обработка на полупроводници.

Обобщение и заключение
Полупроводниковото приложение на сярна киселина SPM за PTFE нагревател е една от най-предизвикателните среди в технологията за химическо нагряване. На практика обвивката на нагревателя е направена от PFA с висока-чистота, флуорополимер, който може да издържи на тежката окислителна среда и високите температури на ваните за почистване със серен{2}}пероксид.

Тези нагреватели работят безопасно в SPM системи, използвани за усъвършенствано почистване на вафли, поради внимателно контролирана плътност на вата, стабилни условия на потапяне и строго управление на замърсяването. В допълнение, периодичното изследване за напукване под напрежение и термична умора допълнително допринася за дългосрочната-надеждност на процеса.

Потопяемият нагревател с обвивка от PFA- се превърна в индустриален стандарт за осигуряване на интензивна почистваща химия, необходима преди формирането на наноскопични структури на устройства в производството на полупроводници. Технологията за нагряване с най-висока чистота най-накрая произвежда силиций с най-висока чистота в няколко области.