Kalrez全氟弹性体系列专题讲座_五_Kalrez在半导体工业中的应用

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1、2012-07-19#2012-07-19#2012-07-19# Kalrez 全氟弹性体系列专题讲座 (五) 在在半半导导体体工工业业中中的的应应用用K alrez肖风亮(广州机械科学研究院密封研究所 ,广东 广州 510700)编译摘摘要要 : 半导体的加工过程对工程技术人员分别提出了耐热 、 耐化学介质 、 超纯净等方面的要求 ,不同的 Kalrez 密封件可满足这些要求 。该文介绍了不同 Kalrez 胶料的性能及其在半导体工业中的选择 原则 ,概述了 Kalrez 胶料在半导体工业常用化学介质中的性能 。关关键键词词 : 全氟弹性体 ;半导体 ;耐化学介质中中图图分分类类号号 :

2、TQ333. 93文文献献标标识识码码 :B文文章章编编号号 :167128232 (2007) 0220001206能力以及耐 327 的高温 。作为一种聚合物材料 ,全氟醚 ( FFK M) 在耐热性能方面超过了氟橡 胶及硅橡胶 。除此之外 , Kalrez 高温下保持其弹性和密封力的能力也远远超过其它弹性体 。 半导体加工过程通常暴露在极端的等离子体辐 射 、 热及化学介质环境当中 。晶片生产中对环 境洁净度的要求是非常高的 。对半导体制造商来讲 ,隔绝密封件降解过程中产生的气体 、 可抽 出物 、 粒 子 污 染 物 等 是 一 项 重 要 的 工 作 。 Kalrez 密封件按照 I

3、SO 9000 中 规 定 的 设 备 和 设施要求生产 ,可制备从传统的密封件到具有 各种几何形状的密封件等等 。还有多种形式的Kalrez 混炼胶分别满足不同的 加 工 设 备 和 加 工工艺的需要 。前言0Kalrez 全 氟 弹 性 体 密 封 件 在 强 腐 蚀 性 介质中 的 成 功 应 用 已 有 30 多 年 的 历 史 了 1 。 Kalrez 综合了弹性体的弹性和 Teflon 氟树脂 的化学惰性和热稳定性 。采用一系列不同的胶料和特殊的超纯工艺生产的 O 形圈和密封件 能满足半导体工业的需要 。Kalrez UltraPureTM 密封件具有极佳的耐化学介质和热稳定性能

4、, 采用特殊的配方和加工工艺 ,可满足晶片生产 中特定加工环境的要求 ( 见表 1) 。对于密封件的性能来说 ,能应用于晶片生产是极富挑战性 的 ,而 Kalrez 密封件几乎具备了耐所有介质的表表 1 K alrez 密密封封件件在在半半导导体体工工业业中中的的应应用用用途工作环境应用其他聚合物的性能应用 Kalrez 的性能400 的 PECVD2EOS 和 O2 、 大约 3000 W 等离子体 NF3用 FFK M (A2 ) 生 产 2000 片 晶 片 后因裂纹和过量泄漏而失效用 Kalrez Sahara T M 8085 可 提 高 到 25 000片气 体 箱 、 喷 淋 头

5、 、 电镀密封件PECVD2TEOS 、O2 、N2 、 氦气及 NF3 等离子体 、C2 F6 、N2用 FFK M ( A11) 生产 16 500 片晶 片后失效用 K alrez Sahara T M8085 生产40 000 个晶片后只产生了 4 次少量微粒切断阀密封件用 FFK M(A2) 生产 10 000 片晶片 后失效 ,原因是产生过量的粒子 污染物150 的 HDPCVD2Si H4 、O2 及 NF3 等离子体用 Kalrez Sahara T M 8085 可 提 高 到 20 000 片涡轮门 O 形圈用 Kalrez Sahara T M8085 污染粒子产 生量降

6、低 51 % ,缺陷数降低 33 %用 FFK M ( A11) 会产生令人 讨 厌 的粒子污染钨 CVD2WF6 及其它的 NF3 等切断阀密封件用硅橡胶 O 形圈寿命 23 d ,原 用 Kalrez Sahara T M8085 O 形圈使用2012-切0断7阀密-封1件9#灰#化#2O#2 和#N#2 ,8#0 #以#上#201因2是-辐0射裂7纹-、 硬1化9及#产#生污#染#07-19#寿命一年 ,粒子产生量极低( 续表)腐 蚀 液2O2 、H2 O 、Cl2 , BCl3 , 800 W ,90100 ,10 毫托 ( 真空 度单位)用 Kalrez Sahara T M8575

7、 平均 9000 射 频分钟 ,最高可达 16 000 射频分钟用 FFK M(A11) 4 000 射频分钟即 失效切断阀密封件深度 蚀 刻 液2HBr 、O2 、SF6 、NF3 , 1500 W ,大约 70 用 FFK M( A2) 会变脆 、 破裂及泄 漏 ,FK M 蚀刻一半即失效用 Kalrez Sahara T M 8575 可 使 用 10 个月窗密封条O 形圈 , 晶片边缘 密封件 、 机器臂吸 入口密封件用 Kalrez 6375UP 与 FFK M ( A17 、B4) 、FK M、EPDM 相比 , 耐化学介质 性最好 ,可抽出物最少电 镀 ( ECP ) 工 艺2O

8、3 、H2 SO4 、 CuSO4 、 柠檬酸 、UPDI ,100 用 FK M ,密封件会因降解变得粘 稠 ,污染晶片背面选择指南见表 2 所示 。 半导体工业中常用 Kalrez 胶料 的选择指南1Kalrez 在半导体工业中的 应 用 及 胶 料 的K alrez 在在半半导导体体工工业业中中的的应应用用及及胶胶料料选选择择指指南南 2表表 2加工 类型典型 温度典型工况 环境推荐 胶料环境说明典型用途CF4 ,C3 F8 , CHF3 , SF6 , O2 , H2 , HBr ,BCl3 ,CCl4 ,Cl2O2 ,CF4 ,CHF3 ,NH3动态 : 门窗 密 封 条 、 阀 门

9、 、 振 动 阀 、 密封唇 静态 : 容器 罐 唇 口 、 电 极 棒 、 灯 管 、 排 气 阀 、 气 体 入 口出 口 、 门窗密封条 、 中心 环 、 装配件 运输 : 晶片FPD 的供应及转移蚀刻25220808585758085 所 有 等 离 子 和 气 体 沉 降 中 的 应 用性能最佳8575 在 氧 气 和 含 氟 的 等 离 子 区 质 量 损失小8002 在 氧 气 和 含 氟 的 等 离 子 区 粒 子 产生数量极少等 离 子 和 气 体 沉 降抛光25250TMS , TEP , TEBO , TEOS ,Si H4 , NH3 , SiF4 , O2 , O3

10、,HDPCVDPECVD8085800225250SACVDNF3 ,CF4 ,C2 F6 ,N2OPVD25250高真空 ,Ar ,N2WF6 , Si H4 , 有 机 初 级 粒 子 , H2 ,N2 ,NF380858575金属CVDALD7075UP 在 氧 化 、 表 面扩 散 和 LPCVD 热 处理过程中最佳8475 在 RTP 及 灯 照退火中最佳热氧化扩散150300N2 ,O2 , H2O , HCl7075UPLPCVD 150300 NH3 ,Si H2 Cl 2 , HCl 8475 石英舱密封 、 装配密封 、 中 心环 、 高压密封RTP 及 灯 照 退火低红

11、外 线 吸 收 及 挥 发 性 能1503008475湿UPDI , Piranha , SC21 , SC22 , O3 , HF (49 %)晶片预处理 、 清洗 、 抛光25125HNO3 , HF , H2O , H3 PO4 , HNO3 ,乙酸 , H2O蚀刻251806375UP40796375UP 在 湿 环 境 中应用性能最佳4079 耐 化 学 介 质 性能最佳1050LF 耐 胺 性 能 极佳门唇密 封 、 排 水 密 封 、 化 学容器密封 、 装配密封 、 过 滤器 连接器密封 、 流量计 密封H2 SO4 + 氧化剂 ,有机酸 , NaOH , TMAH , 二 甲

12、 苯 ,照 相 平 板 印 刷 、 显 影 、 抛25125光nMPnMP链烷醇胺 羟胺6375UP1050LF洗提25125CuSO4 溶液 , H2 SO4 , H2O2 ,UPDI ,柠檬酸镀铜251006375UP的性能见表 3 所示 。 半 导 体 工 业 领 域 内 常 用 的Kalrez 胶料的性能2半导体工业中制造 Kalrez表表 3密封件的胶料半半导导体体工工业业制制造造 K alrez 密密封封件件的的胶胶料料的的性性能能1硬度 , 邵尔 A2硬度 , 邵尔 M4最高工作 温度9100 % 定伸应力MPa5压缩永久变形7 , 204 70 h%胶料颜色4282915815

13、238258085浅褐色黑色 透明 黑色 白色 黑色 黑色 白色黑色80862407. 5085756269375723002. 472 . 8867. 558002762507075UP-327847560713002. 206375UP75832757. 23407975-3167. 2325203779-2206. 20271050LF82-28812 . 4035注 :1 . 非特定用途 ;2 . ASTM D2240 ( 球状试样 ,除非特定说明) ; 3 . J IS 6253 ( 厚片试样) ; 4 . ASTM D2240 和 ASTM D1414 ( AS568 K241 O

14、 形圈) ;5 . ASTM D412 ( 哑铃状试样) ;6 . J IS 6251 ( 哑铃状试样) ;7 . ASTM D395B ( 球状试样 ,除非特定说明) ;8 . ASTM D395B 和 ASTM D1414 (AS568 K214 O 形圈) ;9 . 杜邦公司专用实验方法 。2 . 1 K alrez Sa hara TM 8085 3Kalrez SaharaTM 8085 是专为满足等离子体 和气体沉降的应用需求开发的 ,如蚀刻 、 抛光 、 HDPCVD 、PECVD 、SACVD 等 。在含 NF3 的等离 子体 中 粒 子 产 生 量 最 少 。Kalrez S

15、aharaTM 8085 在氧气和含氟等离子体中粒子产生量极低和质 量损失最小 ,具有极佳的物理性能 ,适用于动态 和静态密封 (如气孔密封 、 气体入口 通道密封 、 容器唇口密封) 。推荐的连续工作最高温度是240 ,短时间工作最高温度可达 275 。2 . 2 K alrez Sa hara TM 8575 4Kalrez SaharaTM 8575 是 白 色 胶 料 , 用 于 蚀 刻 、 抛光 、PVD 、 金属 CVD 、ALD 等工艺过程 。在 氧和含氟的等离子区域它具有质量损失小 、 气 相产物低 、 弹性性能佳等特点 。Kalrez SaharaTM8575 具 有 极 佳 的 真 空 性 能 、 长 时 间 的 密 封 性 能 、 良好的机械性能 ,适于静态及动态密封工况 (如气体入口密封 、 容器罐唇口密封 、 狭长的阀 门密封) 。推荐的连续工作最高温度是 300 。2 . 2 . 1耐等离子体性能 由于没有相关的耐等离子体性能的工业标准 ,为了选择更合适的密封产品 ,杜邦公司开发了一种接近生产线上实际工况的实验方法 。在该项测试中 ,O 形圈密封件被置于硅晶片加工 时 ,直接暴