Як нагрівачі PTFE використовуються для попереднього нагрівання сірчаної кислоти для очищення напівпровідникових пластин (SPM)?

SPM clean- суміш концентрованої сірчаної кислоти та перекису водню- з високим ступенем окислення використовується для вилучення органічних залишків із кремнієвих пластин перед основними процесами у виробництві напівпровідників. Розчин нагрівається приблизно до 120-150 градусів, температурний діапазон, який швидко усуває звичайний PTFE як відповідний матеріал оболонки. Для цієї процедури занурювальний нагрівач має бути виготовлений із більш стійкого до температури фторполімеру PFA.

Система опалення всередині напівпровідникових мокрих столів має протистояти одному з найсуворіших хімічних умов у промислових процесах, водночас забезпечуючи над-високу чистоту. Реалізована таким чином конструкція, як правило, входить до більшого класу нагрівачів PTFE із застосуванням сірчано-кислотних SPM-напівпровідників, але обраним матеріалом оболонки є особливо -PFA високої чистоти, а не стандартний PTFE.

Розуміння процедури очищення SPM
SPM (суміш -пероксиду сірки) зазвичай використовується в напівпровідниковій промисловості для видалення залишків фоторезисту, органічних забруднень і слідів сполук вуглецю з поверхні пластини.

Зазвичай розчин готують у співвідношенні сірчаної кислоти до перекису водню від 3:1 до 4:1 за об’ємом. Додавання перекису водню до концентрованої сірчаної кислоти дає дуже реакційноздатний окислювальний розчин. Змішування генерує значну кількість тепла, екзотермічного характеру, і температура ванни може швидко підвищуватися навіть до додавання зовнішнього тепла.

Зі збільшенням концентрації сірчаної кислоти температура кипіння розчину підвищується. Робочі температури зазвичай знаходяться в діапазоні від 120 до 150 градусів, залежно від хімічного складу процесу та рівня забруднення.

При цих температурах вимоги до конструкції нагрівача включають хімічну стійкість і термічну стабільність.

Чому SPM не підходить для стандартного PTFE
PTFE занурювальні нагрівачі історично були досить успішними в багатьох кислотних і корозійних застосуваннях. Проте, вимоги до тепла ванн для очищення SPM часто не зазнають доступні звичайні матеріали PTFE.

PFA (перфторалкоксиалкан) має ряд переваг для цього застосування:

Безперервна робота при температурах до 260 градусів

Хороша стійкість до окислення сірчаною кислотою та перекисом

Конструкція високої чистоти сумісна з обробкою напівпровідників

Низьке іонне забруднення та низький рівень екстрагованих речовин

Спеціальна геометрія занурювального нагрівача адаптована

Багато інженерів-технологів випадково називають ці системи нагрівачами PTFE, однак оболонка виготовлена ​​спеціально з напівпровідникового -PFA.

Функція занурювального нагрівача PFA
У ванні SPM нагрівач являє собою хімічно інертний гарячий палець у сильно окислювальній рідині, яка миттєво руйнує традиційні металеві системи нагріву.

Гільза PFA захищає внутрішній нагрівач від прямого контакту з сумішшю-перекису сірчаної кислоти та запобігає потраплянню металевих забруднень у технологічний процес. Це управління забрудненням є критичним, оскільки навіть сліди іонів металу можуть перешкоджати продуктивності пластини та продуктивності пристрою.

Як правило, лише дві технології нагрівання вважаються відповідними для середовищ SPM:

Занурювальні нагрівачі високої чистоти з PFA покриттям

Нагрівальні елементи з кварцової оболонки

Нагрівачі PFA популярні серед цих варіантів завдяки своїй хімічній стійкості, термічній витривалості та гнучкості виготовлення.

Щільність ват має бути консервативною
Розчини SPM працюють при дуже близькому до їх ефективного діапазону кипіння. У результаті щільність потужності нагрівача повинна залишатися навмисно консервативною.

Надмірна температура поверхні може спричинити локальний перегрів на межі розділу оболонки. З концентрованими сумішами-перекису сірчаної кислоти удари можуть бути сильними через локальне перегрівання, різке виділення пари або нестабільне кипіння.

Таким чином, занурювальні нагрівачі для напівпровідникового класу розроблені з:

Низька поверхнева щільність

Рівномірний розподіл тепла

Керована геометрія занурення

Точний контроль температури

Постійне рідке покриття

Проблема полягає не в швидкому транспортуванні тепла, а в стабільному, надійному теплообслуговуванні.

Розгляд конструкції нагрівача Wet Bench для напівпровідників
Занурювальні нагрівачі SPM часто розроблені для певної геометрії бака та глибини занурення. Якщо оболонка знаходиться над лінією рідини, концентрація термічної напруги може призвести до скорочення терміну служби нагрівача або пошкодження поверхні фторполімеру.

У напівпровідникових додатках існує кілька особливо важливих питань проектування.

Контроль глибини занурення
Під час роботи нагрівач повинен бути повністю занурений. Частковий вплив може спричинити високі температури оболонки та сприяти втомі матеріалу.

Конструкція високої чистоти
Рівень забруднення у виробництві напівпровідників має бути надзвичайно низьким. Отже, вузли нагрівачів виготовляються з фторполімерів високої чистоти з використанням технологій виробництва, сумісних із чистими приміщеннями, і з мінімальним впливом металу.

Контроль теплового розширення
Неодноразові зміни між температурою навколишнього середовища та робочою температурою можуть спричинити механічну напругу в фторполімерній оболонці. Правильний відстань між опорами та різноманітні кріплення обмежують накопичення втоми.

Періодичні перевірки
Потрібна регулярна перевірка, щоб виявити перші ознаки розтріскування, зміни кольору або деформації поверхні. У сучасних виробництвах пластин зазвичай планують профілактичну заміну, щоб уникнути непередбачуваних перерв у процесі.

Поради з безпеки
Хімія екстремальних небезпек SPM
Розчини SPM є одними з найнебезпечніших хімічних сумішей, які використовуються у виробництві напівпровідників.

Суміш сірчаної кислоти та перекису водню дуже екзотермічна, агресивно окислюється та може спричинити серйозні хімічні опіки та швидку реакцію. Будь-яке ненавмисне забруднення води може призвести до швидкого утворення пари та вибухового викиду гарячої кислоти.

Ось чому:

Перед заправкою хімією баки повинні бути сухими

Методи хімічного додавання повинні мати чіткі протоколи послідовності

Рівні занурення нагрівача повинні підтримуватися постійними

Необхідні системи регулювання температури та захисту від надмірної температури

Розчин має контактувати лише з відповідними матеріалами, такими як PFA або кварц високої чистоти.

Експлуатаційні операції часто регулюються вимогами безпеки для напівпровідникових установок і автоматизованих систем транспортування хімікатів.

Чому PFA став галузевим стандартом
Напівпровідниковий бізнес вимагає як хімічної агресивності, так і атомної чистоти. Очищення SPM ефективно видаляє стійкі органічні забруднення, які інакше могли б заважати фотолітографії, процесам осадження та травлення в нанорозмірних масштабах.

Занурювальні нагрівачі з оболонкою PFA-одночасно відповідають численним важливим технологічним вимогам:

Стійкий до концентрованої сірчаної кислоти

Стабільність у багатих на пероксид окисних умовах

Здатність до високих температур

Мінімальна генерація частинок

Низький ризик забруднення металом

Ця комбінація робить занурювальні нагрівачі PFA фундаментальною технологією в сучасному обладнанні для вологої обробки напівпровідників.

Підсумок і висновок
Застосування SPM напівпровідника з сірчаною кислотою для нагрівача PTFE є одним із найскладніших середовищ у технології хімічного нагрівання. На практиці оболонка нагрівача виготовлена ​​з високо-чистого PFA, фторполімеру, який може витримувати суворе окислювальне середовище та високі температури очисних ванн-перекису сірки.

Ці нагрівачі безпечно працюють у системах SPM, які використовуються для вдосконаленого очищення пластин, завдяки ретельно контрольованій щільності ват, стабільним умовам занурення та суворому контролю забруднення. Крім того, періодичні перевірки на розтріскування під напругою та термічну втому ще більше підвищують -тривалу надійність процесу.

Занурювальний нагрівач із оболонкою PFA- став галузевим стандартом для забезпечення інтенсивного хімічного очищення, необхідного перед формуванням структур наноскопічних пристроїв у виробництві напівпровідників. Технологія нагрівання найвищої чистоти нарешті виробляє кремній найвищої чистоти в кількох областях.