در ساخت ریزتراشهها، یک ویفر سیلیکونی در حمام اسید هیدروفلوئوریک غوطهور میشود تا لایههای اکسید قربانی حذف شود و سطح برای مراحل بعدی رسوبگذاری یا الگوبرداری آماده شود. هر اثری از فلز که از یک بخاری در این محیط شیمیایی حل می شود، می تواند در شبکه سیلیکونی ادغام شود و رفتار الکتریکی را تغییر داده و عملکرد دستگاه را کاهش دهد. بنابراین بخاری غوطه ور باید به عنوان یک منبع شیمیایی بی اثر گرما عمل کند تا عامل آلودگی.
در سیستم های پردازش مرطوب نیمه هادی، رابطه بین خلوص مواد و مقاومت شیمیایی بسیار مهم است. به همین دلیل است که بخاری های غوطه وری PTFE به یک جزء استاندارد در تجهیزات پردازش اسید هیدروفلوئوریک تبدیل شده اند.
نقش اسید هیدروفلوئوریک در پردازش ویفر سیلیکونی
هیدروفلوریک اسید (HF) به دلیل توانایی منحصر به فرد آن در حل کردن دی اکسید سیلیکون در حالی که سیلیکون عنصری را تحت شرایط کنترل شده نسبتاً بیتأثیر میگذارد، به طور گسترده در تولید نیمهرساناها استفاده میشود.
حمام اچ HF معمولاً برای موارد زیر استفاده می شود:
حذف اکسید بومی
قبل از{0}}نظافت قبل از رسوب لایه نازک-
تهویه سطح قبل از فرآیندهای انتشار
اچ اکسید بافر
مراحل ساخت MEMS
عملیات بازیابی ویفر
غلظت اسید هیدروفلوریک معمولی بسته به مشخصات اچ و شیمی فرآیند از 1٪ تا 49٪ متغیر است. دمای عملیاتی معمولاً از دمای اتاق تا حدود 50 درجه حفظ می شود تا از نرخ اچ پایدار و سینتیک واکنش کنترل شده اطمینان حاصل شود.
اگرچه دمای عملیاتی نسبتاً متوسط است، اما تهاجمی شیمیایی HF بسیار زیاد است. اسید هیدروفلوئوریک به شیشه حمله می کند، بسیاری از اکسیدهای فلزی را حل می کند و یون های اکثر آلیاژهای فلزی را شسته می کند.
تحت این شرایط، بخاریهای غوطهوری فلزی معمولی برای کاربردهای نیمهرسانا با خلوص بالا غیرقابل قبول میشوند.
چرا از PTFE در حمام های اچ اچ استفاده می شود؟
PTFE یکی از معدود مواد مهندسی است که مقاومت کاملی در برابر هیدروفلوئوریک اسید در اساساً در تمام غلظتها و دمای عملیاتی که در پردازش ویفر با آن مواجه میشوند از خود نشان میدهد.
ساختار مولکولی فلورینه PTFE بی اثری شیمیایی استثنایی ایجاد می کند. از آنجایی که پیوند کربن-فلوئور بسیار پایدار است، اسید هیدروفلوریک نمیتواند به طور معنیداری به سطح پلیمر در شرایط فرآیند عادی حمله کند یا آن را تخریب کند.
این مصونیت شیمیایی باعث می شودبخاری PTFE اچ ویفر سیلیکونی هیدروفلوریک اسیداین ترکیب به ویژه در تولید نیمه هادی مهم است.
فلز-گرمایش رایگان برای خلوص فوق العاده-
در یک ویفر فاب، بخاری باید یک ظرف نامرئی گرما باشد، نه منبع آلودگی. حتی مقادیر کمی از نیکل، کروم، آهن یا مس حل شده می تواند به عملکرد دستگاه در ابعاد هندسه- نانومتری آسیب برساند.
بخاری غوطه ور PTFE این خطر را از بین می برد زیرا سطح غلاف خیس شده حاوی مواد فلزی در معرض دید نیست. محلول فرآیند فقط با سد فلوروپلیمر تماس می گیرد و از انتشار یون فلزی در حمام جلوگیری می کند.
این ویژگی چندین مزیت دارد:
کاهش آلودگی یونی
بهبود خلوص سطح ویفر
تراکم نقص کمتر
تکرارپذیری بهتر فرآیند
افزایش قوام تسلیم نیمه هادی
با ادامه حرکت مدارهای مجتمع به سمت هندسههای کوچکتر و تحملهای سختتر، الزامات کنترل آلودگی حتی سختتر میشوند. بنابراین رفتار بی اثر شیمیایی PTFE از ثبات فرآیند و قابلیت اطمینان دستگاه پشتیبانی می کند.
قابلیت دما و پایداری فرآیند
اگرچه حمامهای اسید هیدروفلوئوریک معمولاً در دمای زیر 50 درجه کار میکنند، مواد بخاری باید دمای غلاف موضعی بالاتری را در طول کار مداوم تحمل کنند.
PTFE برای سرویس مداوم تا حدود 110 درجه درجه بندی شده است، که حاشیه ایمنی حرارتی قابل توجهی را بالاتر از دمای استاندارد حمام HF ارائه می دهد.
این حاشیه به حفظ یکپارچگی{0}مدت مواد کمک میکند و در عین حال از کنترل حرارتی پایدار در نیمکتهای مرطوب و سیستمهای گردش مجدد پشتیبانی میکند.
ویژگی های انتقال حرارت پایدار
بخاری های غوطه ور PTFE معمولاً با تراکم وات سطحی محافظه کارانه طراحی می شوند تا گرمای بیش از حد غلاف را به حداقل برسانند و طول عمر فلوروپلیمر را حفظ کنند.
ویژگیهای نچسب PTFE نیز به عملکرد پایدار کمک میکند. باقیماندههای سیلیس یا محصولات جانبی فرآیند که ممکن است در طول چرخههای اچ رسوب کنند، به سختی به سطح فلوئوروپلیمر میچسبند.
در نتیجه:
راندمان انتقال حرارت در طول زمان پایدارتر می ماند
فرکانس تمیز کردن ممکن است کاهش یابد
نقاط داغ موضعی به حداقل می رسد
طول عمر بخاری بهبود یافته است
این ویژگیها بهویژه در خطوط تولید نیمهرسانای خودکار که سازگاری فرآیند ضروری است، ارزشمند هستند.
ملاحظات طراحی برای سیستم های گرمایش HF
به طور معمول هنگام تعیین هیترهای غوطه وری برای سیستم های اسید هیدروفلوئوریک چندین فاکتور مهندسی در نظر گرفته می شود.
ساخت و ساز کاملاً کپسوله شده
المنت حرارتی معمولاً به طور کامل در داخل لوله PTFE یا مجموعههای فلوروپلیمر قالبگیری شده محصور میشود تا تمام اجزای رسانا را از سیال فرآیند جدا کند.
طراحی با چگالی وات کم
تراکم وات سطحی پایینتر، دمای غلاف را کاهش میدهد و استرس حرارتی طولانیمدت روی مواد فلوروپلیمر را به حداقل میرساند.
سازگاری اتاق تمیز
بخاریهای PTFE معمولاً در اتاقهای تمیز{0}}سازگار با سیستمهای گردش مجدد و فیلتراسیون که برای کار با مواد شیمیایی با خلوص فوقالعاده-با خلوص- طراحی شدهاند، ادغام میشوند.
هندسه فشرده
مخازن فرآوری ویفر اغلب به مجموعههای بخاری فشرده نیاز دارند که در داخل مخازن شیمیایی باریک قرار میگیرند و در عین حال توزیع حرارتی یکنواخت را حفظ میکنند.
معماری سیستم حاصل از تنظیم دقیق دما و استانداردهای کنترل آلودگی سختگیرانه پشتیبانی می کند.
نکته ایمنی
اسید هیدروفلوئوریک یکی از خطرناک ترین مواد شیمیایی است که در فرآوری صنعتی استفاده می شود. سوختگی های شیمیایی شدید، سمیت سیستمیک و آسیب بافتی تاخیری می تواند حتی در اثر قرار گرفتن در معرض نسبتاً کوچک رخ دهد.
به همین دلیل، سیستم های گرمایش HF معمولاً با چندین لایه حفاظتی طراحی می شوند، از جمله:
سازه های مهار ثانویه
نظارت مستمر نشتی
سیستم های تهویه{0}مقاوم در برابر مواد شیمیایی
کنترل های خاموش شدن خودکار
بازرسی و نشت{0}}رویههای منظم
برنامه های نگهداری پیشگیرانه دقیق
سازگاری مواد در کل سیستم گردش خون ضروری است زیرا حتی تخریب جزئی می تواند خطرات ایمنی و آلودگی جدی ایجاد کند.
اهمیت کنترل آلودگی در ساخت ویفر
تولید نیمه هادی مدرن در سطوح دقت اتمی و مولکولی عمل می کند. یک آلاینده میکروسکوپی وارد شده در طول پردازش مرطوب می تواند بر یکپارچگی دی الکتریک، رفتار ترانزیستور یا چسبندگی لایه نازک- تأثیر بگذارد.
بنابراین، الزامات خلوص ساخت ویفر پیشرفته فراتر از خود مواد شیمیایی به هر سطح خیس شده در تجهیزات فرآیند گسترش می یابد.
رابخاری PTFE اچ ویفر سیلیکونی هیدروفلوریک اسیدکاربرد نشان می دهد که چگونه علم مواد به طور مستقیم بر عملکرد و قابلیت اطمینان نیمه هادی تأثیر می گذارد.
بخاری های PTFE با بی اثر ماندن شیمیایی در داخل یکی از تهاجمی ترین مواد شیمیایی فرآیندی صنعت، به حفظ وضعیت بکر سطح سیلیکون در طول عملیات حکاکی حیاتی کمک می کنند.
نتیجه گیری
بخاری های غوطه ور PTFE به استاندارد طلایی برای حمام های اچ اسید هیدروفلوئوریک که در پردازش ویفر نیمه هادی استفاده می شود تبدیل شده اند. مقاومت کامل آنها در برابر HF، سطوح خیسشده بدون فلز، ویژگیهای نچسب-و عملکرد حرارتی پایدار، آنها را برای محیطهای شیمیایی با خلوص فوقالعاده{--بهطور منحصربهفرد مناسب میسازد.
در ساخت ویفر سیلیکونی، پیشگیری از آلودگی از موفقیت فرآیند جدا نیست. بخاری های PTFE با محافظت از خلوص اتمی سطح ویفر در حالی که کنترل حرارتی قابل اعتماد را در شرایط بسیار خورنده ارائه می دهند، از این هدف پشتیبانی می کنند.
این برنامه در نهایت منعکس کننده یک اصل مهندسی اساسی است: پیشرفته ترین فن آوری های تولید اغلب به ساده ترین استراتژی مواد ممکن بستگی دارد-انتخاب ماده ای که از واکنش خودداری می کند.
