Kalrez全氟弹性体系列专题讲座_五_Kalrez在半导体工业中的应用

Kalrez全氟弹性体系列专题讲座_五_Kalrez在半导体工业中的应用 2012-07-19###########2012-07-19###2#0#1#2#-#07-19######## ()Kalrez 全氟弹性体系列专题讲座 五 在半导体工业中的应用Kalrez ()编译 肖风亮 广州机械科学研究院密封研究所 ,广东 广州 510700 摘要 : 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 。 关键词 : 全氟弹性体 ;半导体 ;耐化学介质 () 文章编号 :167128232 20070220001206 中图分类号 : TQ333. 93 文献标识码 :B 能力以及耐 327 ?的高温 。作为一种聚合物材 ( ) 料 ,全氟醚 FFKM在耐热性能方面超过了氟橡 0 前言 胶及硅橡胶 。除此之外 , Kalrez 高温下保持其 Kalrez 全 氟 弹 性 体 密 封 件 在 强 腐 蚀 性 介 弹性和密封力的能力也远远超过其它弹性体 。[ 1 ] 质中 的 成 功 应 用 已 有 30 多 年 的 历 史 了。 半导体加工过程通常暴露在极端的等离子体辐 Kalrez 综合了弹性体的弹性和 Teflon 氟树脂 射 、热及化学介质环境当中 。晶片生产中对环 的化学惰性和热稳定性 。采用一系列不同的胶 境洁净度的要求是非常高的 。对半导体制造商 料和特殊的超纯工艺生产的 O 形圈和密封件 来讲 ,隔绝密封件降解过程中产生的气体 、可抽 TM 能满足半导体工业的需要 。Kalrez UltraPure出物 、粒 子 污 染 物 等 是 一 项 重 要 的 工 作 。 密封件具有极佳的耐化学介质和热稳定性能 , Kalrez 密封件按照 ISO 9000 中 规 定 的 设 备 和 采用特殊的配方和加工工艺 ,可满足晶片生产 设施要求生产 ,可制备从传统的密封件到具有 ( ) 中特定加工环境的要求 各种几何形状的密封件等等 。还有多种形式的 见 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 Kalrez 混炼胶分别满足不同的 加 工 设 备 和 加 的 ,而 Kalrez 密封件几乎具备了耐所有介质的 工工艺的需要 。 表 1 Kalrez 密封件在半导体工业中的应用 用途 工作环境 应用其他聚合物的性能 应用 Kalrez 的性能 TM 400 ?的 PECVD2EOS 和 O、大约 ) ( 用 FFKM A生 产 2000 片 晶 片 气 体 箱 、喷 淋 头 、 2 2 用 Kalrez Sahara 8085 可 提 高 到3000 W 等离子体 NF电镀密封件 后因裂纹和过量泄漏而失效 25 000片 3 TMPECVD2TEOS 、O、N、氦气及 NF ( ) 用 FFKM A11生产 16 500 片晶 2 2 3 用 Kalrez Sahara 8085 生产40 000 个切断阀密封件 片后失效 等离子体 、CF、N 晶片后只产生了 4 次少量微粒 2 6 2 () 用 FFKMA2生产 10 000 片晶片 TM 150 ?的 HDPCVD2Si H、O及 4 2 Kalrez Sahara 8085 可 提 高 到用 后失效 ,原因是产生过量的粒子 O 形圈 涡轮门 NF等离子体 20 000 片 3 污染物 TM( ) 用 FFKM A11会产生令人 讨 厌 用 Kalrez Sahara 8085 污染粒子产钨 CVD2WF及其它的 NF等 切断阀密封件 6 3 的粒子污染 生量降低 51 % ,缺陷数降低 33 % 用硅橡胶 O 形圈寿命 2,3 d ,原 TM 用 Kalrez Sahara 8085 O 形圈使用灰化2O和N,80 ?以上切断阀密封件因是辐射裂纹、硬化及产生污染2 2 2012-07-19###########2012-07-19###2##0#1#2#07--19########寿命一年 ,粒子产生量极低 ( )续表 腐 蚀 液2O、HO 、Cl, BCl, 2 2 2 3 TM() FFKMA114 000 射频分钟即 用 用 Kalrez Sahara 8575 平均 9000 射( 800 W ,90,100 ?,10 毫托 真空 切断阀密封件 失效 频分钟 ,最高可达 16 000 射频分钟 )度单位 TM ( ) 深度 蚀 刻 液2HBr 、O、SF、NF, FFKMA2会变脆 、破裂及泄 用 2 6 3 Kalrez Sahara 8575 可 使 用 10用 窗密封条 漏 ,FKM 蚀刻一半即失效 1500 W ,大约 70 ? 个月 O 形圈 , 晶片边缘 ( 用 Kalrez 6375UP 与 FFKM A17 、 ( ) ECP 工 艺2O、HSO、 电 镀 FKM ,密封件会因降解变得粘 用 3 2 4 ) 密封件 、机器臂吸 B4、FKM、EPDM 相比 , 耐化学介质 稠 ,污染晶片背面 CuSO、柠檬酸 、UPDI ,100 ? 4 入口密封件 性最好 ,可抽出物最少 选择指南见表 2 所示 。 半导体工业中常用 Kalrez 胶料 1 的选择指南 Kalrez 在半导体工业中的 应 用 及 胶 料 的 [ 2]表 2 Kalrez 在半导体工业中的应用及胶料选择指南 加工 典型 典型工况 推荐 环境 说明 典型用途 类型 温度Π? 环境 胶料 CF,CF, CHF, SF, O, 4 3 8 3 6 2 动态 : 25,220 蚀刻 8085 8085 —所 有 等 离 子 H, HBr ,BCl,CCl,Cl门窗 密 封 条 、阀 门 、振 动 2 3 4 2等 和 气 体 沉 降 中 的 应 8575 阀 、密封唇 离 O,CF,CHF,NH 25,250 2 4 3 3抛光 用性能最佳 静态 : 子 8575 —在 氧 气 和 含 容器 罐 唇 口 、电 极 棒 、灯 和 TMS , TEP , TEBO , TEOS , Π HDPCVD氟 的 等 离 子 区 质 量 8085 管 、排 气 阀 、气 体 入 口Π出 气 Si H, NH, SiF, O, O, PECVD 25,250 4 3 4 2 3 损失小 口 、门窗密封条 、中心 环 、 8002 体 ΠSACVD NF,CF,CF,NO 8002 —在 氧 气 和 含 3 4 2 6 2装配件 沉 氟 的 等 离 子 区 粒 子 运输 : 降 高真空 ,Ar ,N PVD 25,250 2产生数量极少 晶片ΠFPD 的供应及转移 8085 WF, Si H, 有 机 初 级 粒 6 4 金属 8575 子 , H,N,NF 2 2 3CVDΠALD 7075UP —在 氧 化 、表 ,O, HO , HCl N7075UP 150,300 热 氧化扩散 2 2 2面扩 散 和 LPCVD 热 ,Si HCl , HCl NH LPCVD 150,300 8475 3 2 2 石英舱密封 、装配密封 、中 处理过程中最佳 心环 、高压密封 8475 —在 RTP 及 灯 RTP 及 灯 照 低红 外 线 吸 收 及 挥 发 性 8475 150,300 照退火中最佳 退火 能 湿 UPDI , Piranha , SC21 , SC2 晶片预处理 、 25,125 清洗 、抛光 ()2 , O, HF 49 % 3 HNO, HF , HO , HPO, 3 23 4 蚀刻 25,180 6375UP HNO,乙酸 , HO 3 26375UP —在 湿 环 境 4079 中应用性能最佳 门Π唇密 封 、排 水 密 封 、化 HSO+ 氧化剂 ,有机酸 , 照 相 平 板 印 2 4 4079 —耐 化 学 介 质 学容器密封 、装配密封 、过 刷 、显 影 、抛 NaOH , TMAH , 二 甲 苯 , 性能最佳 25,125 滤器Π连接器密封 、流量计 1050LF —耐 胺 性 能 密封 光 nMP 极佳 nMPΠ链烷醇胺 6375UP 洗提 25,125 羟胺 1050LF CuSO溶液 , HSO, 4 2 4 6375UP 25,100 镀铜 HO,UPDI ,柠檬酸 22 的性能见表 3 所示 。 2 半 导 体 工 业 领 域 内 常 用 的 Kalrez 胶料的性能 密封件的胶料 半导体工业中制造 Kalrez 1 表 3半导体工业制造 Kalrez 密封件的胶料的性能 7 硬度 , 硬度 , 最高工作 100 % 压缩永久变形,胶料 颜色 2495204 ?×70 hΠ% 邵尔 A 邵尔 M 温度 定伸应力ΠMPa 880 86 240 7. 50 8085 浅褐色 42 黑色 8575 72 300 62 29 2. 47 透明 3688002 76 250 69 2 . 88 15 黑色 7075UP 75 - 327 7. 55 15 白色 88475 60 71 300 2. 20 23 黑色 6375UP 黑色 75 83 275 7. 23 25 白色 4079 75 - 316 7. 23 25 黑色 2037 79 - 220 6. 20 27 1050LF 82 - 288 12 . 40 35 ) ( ) ( ( 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 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 。 TM [ 3]了一种接近生产线上实际工况的实验方法 。在 2 . 1 Kalrez Sa hara 8085TM Kalrez Sahara8085 是专为满足等离子体 该项测试中 ,O 形圈密封件被置于硅晶片加工 和气体沉降的应用需求开发的 ,如蚀刻 、抛光 、 时 ,直接暴露在极端的破坏性等离子体环境中 。 HDPCVD 、PECVD 、SACVD 等 。在含 NF的等离 3 TM Kalrez Sahara 8575 相对于其它 FFKM ,具有更 TM 子体 中 粒 子 产 生 量 最 少 。Kalrez Sahara8085 小的质量损失 。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Π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 ?。 TM [ 4]2 . 2 Kalrez Sa hara 8575 TM Kalrez Sahara8575 是 白 色 胶 料 , 用 于 蚀 刻 、抛光 、PVD 、金属 CVD 、ALD 等工艺过程 。在 TM Kalrez Sa hara 8575 在 等 离 子 体 中 的 质 量 损 1 图 氧和含氟的等离子区域它具有质量损失小 、气 TM失 ,900 W ×1 h ,0. 1 Torr( 真空度单位) , 直接暴 相产物低 、弹性性能佳等特点 。Kalrez Sahara 露 8575 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 2 . 2 . 2 压缩永久变形性能 (如气体入口密封 、容器罐唇口密封 、狭长的阀 () 通常 特别是在高温下用压缩永久变形来 ) 门密封。推荐的连续工作最高温度是 300 ?。 评估弹性体的密封性能 。然而 ,在多数情况下 , 2 . 2 . 1 耐等离子体性能 由于没有相关的耐等() 短时间内获得的数据 70 h并不能代表长期的 离子体性能的工业标 TM 密封性能 。Kalrez Sahara8575 具有极佳的长 准 ,为了选择更合适的密封产品 ,杜邦公司开发() 期密封能力 见图 2。 TM 图 2 Kalrez Sa hara 8575 在 204 ?下长期的密封性 图 5 Kalrez 8002 的质量损失( 900 W ×1 h ,0. 1 Torr) 能( ASTM D395 B 和 D14142241 O 形圈) Kalrez 8002 在干燥过程中表现出良好的 TM 2 . 2 . 3 Kalrez Sahara8575 O 形圈的弹性回复耐化学介质性能 ,具有较高的物理机械性能 ,适 性能 压缩永久变形可用来表征长期使用于静态和低应力Π低密封力要求的工况 。推 用中的密 荐的连续工作最高温度是 250 ?。封性能 ,但是它不能充分反映密封件在低温压 由于 Kalrez 8002 是没有矿物填充剂的产 缩后的弹性回复能力 。良好的弹性回复能力可 品 ,其质量损失相对高一些 。 保证密封件在机器重新起动或维修后能够迅速 2 . 4 Kalrez 7075 UP 恢复到工作状态 。很多胶料都具有良好的压缩 Kalrez 7075UP 是黑色填充胶料 ,专用于半永久变形性能 ,但是低温压缩后的弹性回复能 导体工业的氧化 、熔 炉 散 射 、LPCVD 等 热 处 理 力却较差 。图 3 给出了 O 形圈 25 %压缩量于 过程中 。它具有突出的热稳定性 、极低的挥发 高温下压缩 16 h 后 ,再在压缩状态下冷却到低 分 、极 佳 的 耐 压 缩 永 久 变 形 性 能 。 Kalrez 温 ,经释放压力后 30 min 内的回复百分数 。7075UP 还具有极佳的密封力保持能力 、良好的 物理机械性能 ,适用于静态和动态工况 。推荐 的连续工作最高温度是 327 ?,若短时间工作 则经受更高一点温度也是可以的 。 TM [ 6]2 . 5 Kalrez Sa hara 8475 TM Kalrez Sahara8475 是专门为满足半导体 ( 工业 中 的 热 处 理 例 如 氧 化 、散 热 炉 、LPCVD 、 TM ) RTP 、退火等工艺而设计的 。它具有极佳的热 图 3 Kalrez Sa hara 8575 弹性回复性能( 214 O 形圈) (( ) ) 稳定性 见表 4、长时间的密封能力 见图 6, [ 5]2 . 3 Kalrez 8002 (红外线吸收率低 、高温下挥发分少的优点 见表 Kalrez 8002 是未填充透明胶料 ,专用于半 TM ) 5。Kalrez Sahara8475 具有较好的物理机械 导体工业中等离子体和气体沉降过程 。与用矿 ( 性能 ,适用于静态及低应力Π低密封力工况 例 物填充的胶料相比 ,它在氧气和含氟的等离子 如石英管密封 、转动连接密封 、钟形玻璃容器密 () 体区域产生的污染微粒更少 图 4 、5。 ) 封 、高压密封等。推荐的连续工作最高温度是 300 ?。TM 表 4 Kalrez Sa hara 8475 的 70 h 压缩永久变形性能 ASTM D395 B 和 D1414( AS568 K214 O 形圈) 温度 材料 204 ? 250 ? 300 ? TM23 30 45 Kalrez Sahara 8475 Kalrez 4079 37 41 45 图 4 Kalrez 8002 相对粒子生成量[ 900 W FFKM A2 43 100 试样损坏 ×1 h ,0. 1 Torr( 真空度单位) ] 洗 ,漂洗 ,晶片的蚀刻 ,多余材料及污染物的去 除等等 。这些化学处理过程都会对弹性体密封 件造成损伤 ,导致它们溶胀 、降解或析出不受欢 迎的金属或其它离子 ,这些离子会影响到集成 电路的功 能 。Kalrez 在 半 导 体 工 业 常 用 介 质 中的溶胀性能见表 6 所示 。 表 6 Kalrez 在半导体工业常用介质中的溶胀性能 体积溶胀Π% 实验方法 : ISO 3384 方法 A , Shawbury2Wallace 应力松弛仪 , 2142O 形圈 ,25 %压缩量 。 化学介质 条件 Kalrez Kalrez Kalrez TM Kalrez Sa hara 8475 在 204 ?下的密封保持率 6 图 6375UP 4079UP 1050UP TM Kalrez Sa hara 8475 高温下 的 挥 发 物 ———TG2 UPDI 水 85 ?×30 d 0 . 7 2. 3 5 . 5 表 5 25 ?×30 d Piranha 0 . 1 0. 1 0 . 1 ?Πmin) MS 挥发分分析( 温度升至 400 ?,10 25 ?×30 d SC21 0 . 6 1. 1 0 . 6 室温 室温 室温 室温 25 ?×30 d ,400 ? SC22 0 . 1 0. 1 0 . 2 100 ? ,200 ? ,300 ? ,气体 25 ?×30 d - 6Π×10 - 6- 6- 649 % HF 2 . 8 0. 6 1 . 8 Π×10 Π×10 Π×10 100 ?×7 d 2 . 6 9. 8 氢氧化铵 未测试 120 ?×30 d O H2 255 324 345 2 ( ) 硫酸 HSO硝酸 2 4 1 . 3 0. 8 2 . 8 85 ?×7 d HF + 0 0 0 1 ( ) HNO磷酸Π醋酸Π硝酸3 60 ?×28 d 未测试 2 . 1 1. 5 CF + 0 0 0 12 混合液 氢氟酸ΠHNF盐4 60 ?×28 d 未测试 1 . 0 1. 0 CO 0 0 2 103 酸 、硝酸 、HO 正甲基吡2260 ?×28 d 未测试 0 . 0 1. 0 咯酮 CF 0 0 0 19 280 ?×7 d 未测试 二甲基乙酰亚胺 5 . 0 6. 0 CHF + 0 0 0 20 80 ?×7 d 2 . 0 2. 4 3 . 2 CF+ 0 0 0 119 3 95 ?×10 d 2 . 4 4. 0 4 . 4 CF+ 80 ?×10 d 2 3 0 0 0 23 TM1 80 ?×10 d ACT 690C 1 . 5 7. 9 2 . 0 CFO + 30 0 0 0 TM1 25 ?×10 d 2 . 0 6. 2 2 . 0 ACT2NP870 CF+ 2 4 0 0 0 9 80 ?×10 d TM1 1 . 6 5. 1 1 . 8 ACT 935 CF+ 2 5 0 0 0 1 75 ?×7 d TM1 0 . 0 0. 0 0 . 3 CF+ ACT NE214 3 5 0 0 0 31 75 ?×7 d TM12 . 7 6. 5 5 . 2 ACT CMI 总逸出量Π% 0. 00 0 . 03 0 . 03 0 . 07 75 ?×7 d TM2总质量损失Π% 1 . 0 2. 8 0 . 7 EKC 265 0. 00 0 . 00 0 . 01 0 . 07 95 ?×10 d TM2 3 . 1 10 . 0 10 . 1 EKC 830 80 ?×10 d [ 7]6375 UP 2 . 6 Kalrez TM 280 ?×10 d 0 . 7 1. 7 2 . 5 EKC 4000 PCT Kalrez 6375UP 是黑色填充胶料 ,用于半导 80 ?×10 d 3 1 . 5 7. 9 2 . 0 PRS21000 体工业中的湿法处理过程 。它具有极佳的耐化 TM32 . 0 6. 2 2 . 0 PRS23000 学介质性能 ,耐各种湿法处理过程中的酸 、碱 、 TM31 . 6 5. 1 1 . 8 AL EG310 胺类清洗剂 。它具有低抽出性及良好的物理性 TM 32 . 7 6. 5 5 . 2 REZI28 能和压缩永久变形性能 ,可使用于湿法处理过 注 :1 —Ashland 公司产品 ; 2 —EKC 科技公司产品 ; 3 —J . T. (程中的静态和动态密封 例如过滤密封 、排水密 Baker 公司产品 。以上体积溶胀值仅供参考 ,一般小于 10 %的 ) 封 、流量计工况 。推荐的连续工作最高温度是 体积溶胀是比较理想的 。 275 ?。 2 . 6 . 2 污染物控制 2 . 6 . 1 极佳的耐化学介质性能 将半导体原材 半导体设备 很 容 易 受 到 多 种 污 染 物 的 攻 料转变成有用的配件的过程 (中要经历几百个化学处理过程 。这些过程中几击 ,其中包括痕量化学物质 阴离子及全部有机 ( ) ) 个重要的步骤包括酸蚀 、溶剂 、碱 包括胺清碳 TOC、金属离子和微粒污染物 。化学处理和 水处理工艺可能会成为污染源 ,并会影响到晶 Kalrez 4079 是黑色 、低压缩永久变形的胶 () () 片的进一步加工 。氯 如氯离子就是这类污染 料 见表 7,适用于半导体工业中多种湿法和 源之一 , 在化学处理过程中应 加 以 严 格 控 制 。 干法加工环境 。它具有极佳的 耐 化 学 介 质 性 (在 UPDI 过程中 , TOC 会粘附到晶片的表面 ,影 能 、良好的物理性能和突出的热稳定性能 见表 ) 响氧化剂镀膜的质量 。弹性体密封件是这些污 8。Kalrez 4079 在等离子体中的质量损失小 ,染物的重要来源 。Kalrez 6375UP 可将这个潜 在循环温度下工作时相应速度快 ,而在含胺类 在的化学和有机物污染控制在一个极低的范围 物质工况下不宜选用 。推荐的连续工作的最高 内 。Kalrez 6375UP 的氯离 子 抽 出 性 能 及 TOC 温度是 316 ?,短时间内偏移到更高一点的温 抽出性能分别见图 7 、8 所示 。 度也是可以的 ,可以被用于超纯的后清洁和包 装工序 。 表 7 Kalrez 4079 典 型 的 压 缩 永 久 变 形 性 能 ( ASTM D395 B 和 D1414 AS568 K214 O 形圈 ,70 h) 温度 材料 204 ? 250 ? 300 ? 图 7 Kalrez 6375 UP 的氯离子抽出性能 37 41 45 Kalrez 4079 ( UPD I 水中 ,85 ?×1 月)43 100 FFKMA2 试样损坏 表 8 Kalrez 4079 体积溶胀性能 化学介质 测试条件 体积溶胀性能Π% UPDI 水 85 ?×30 d 2 . 3 25 ?×30 d Piranha 0 . 1 25 ?×30 d SC21 1 . 1 图 8 Kalrez 6375 UP 的 TOC 抽出性能 ( UPD I 水中 85 ?×1 月) 化学处理工艺中会导致一些金属离子从橡 :参考文献 胶密封件中抽出 。这些金属离子 ,根据数量和 [ 1 ] Kalrez seals for proven reliability in aggressive wafer 种类的不同可能会改变半导体制品的电性能或 processing environments. 2004 , 6. 者导致产品报废 。图 9 给出了 O 形圈在清洗和 Semiconductor Applications and Compound Selector [ 2 ] 晶片预处理工艺过程中总的金属离子的抽出 Guide . Technical Information , 2005 , 6. TM Kalrez Sahara8085. Technical Information , 2005 , [ 3 ] 量 。在各种处理介质中 , Kalrez 6375UP 的耐介 6. 质性能和金属离子抽出性能的平衡性最佳 。 TM Kalrez Sahara8575. Technical Information , 2005 , [ 4 ] 6. Kalrez 8002. Technical Information , 2005 , 6. [ 5 ] TM Kalrez Sahara8475. Technical Information , 2005 , [ 6 ] 6. Kalrez 6375UP ———Optimal Seal Performance and [ 7 ] Lower Cost of Ownership . Technical Information , 2005 , 6. 图 9 Kalrez 6375 UP 的金属离子抽出性能 [ 8 ] Kalrez 4079 for Semiconductor Applications. Technical Information , 2005 , 6. 2 . 7 半导体工业中其它可选用的 Kalrez 胶料 [ 8 ] [ 责任编辑 :朱胤 ] 2 . 7 . 1 Kalrez 4079 收稿日期 :2006203203 Your requestcould not be processed becauseof a configurationerror: "Could not connect to LDAPserver." For assistance,contact your network support team. file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt 涵盖各行业最丰富完备的资料文献,最前瞻权威的行业动态,是专业人士的不二选择。 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/26 12:19:58