Kako se PTFE grelci uporabljajo pri predgretju žveplove kisline za čiščenje polprevodniških rezin (SPM)?

SPM clean- močno oksidativna mešanica koncentrirane žveplove kisline in vodikovega peroksida- se uporablja za ekstrakcijo organskih ostankov iz silicijevih rezin pred bistvenimi postopki v proizvodnji polprevodnikov. Raztopino se segreje na približno 120-150 stopinj, temperaturno območje, ki hitro odpravi običajni PTFE kot primeren material za ovoj. Za ta postopek mora biti potopni grelnik izdelan iz temperaturno bolj odpornega fluoropolimera PFA.

Ogrevalni sistem znotraj polprevodniških mokrih miz se mora upreti enim najtežjih kemičnih pogojev v industrijskih procesih, hkrati pa vzdrževati ultra-visoko čistost. Tako realizirana zasnova je na splošno znotraj večjega razreda uporabe polprevodnikov žveplove kisline s PTFE grelnikom SPM, vendar je izbrani material plašča še posebej visoko{2}}čistost PFA in ne standardni PTFE.

Razumevanje postopka čiščenja SPM
SPM (zmes žveplovega -peroksida) se pogosto uporablja v industriji polprevodnikov za odstranjevanje ostankov fotorezista, organskih onesnaževal in sledov ogljikovih spojin s površine rezin.

Raztopino običajno pripravimo v volumskem razmerju žveplove kisline in vodikovega peroksida v razmerju 3:1 do 4:1. Dodajanje vodikovega peroksida koncentrirani žveplovi kislini povzroči zelo reaktivno oksidacijsko raztopino. Mešanje ustvarja precejšnjo toploto, ki je po naravi eksotermna, temperatura kopeli pa lahko hitro naraste še pred dodajanjem zunanje toplote.

Vrelišče raztopine narašča z večanjem koncentracije žveplove kisline. Delovne temperature so običajno v razponu od 120 do 150 stopinj, odvisno od kemije procesa in stopnje kontaminacije.

Pri teh temperaturah grelne zahteve vključujejo kemično odpornost in toplotno stabilnost.

Zakaj SPM ni primeren za standardni PTFE
PTFE potopni grelniki so bili v preteklosti precej uspešni pri številnih kislinskih in jedkih aplikacijah. Vendar razpoložljivi navadni PTFE materiali pogosto ne zadoščajo toplotnim zahtevam čistilnih kopeli SPM.

PFA (perfluoroalkoksi alkan) ima različne prednosti za to uporabo:

Neprekinjeno delovanje pri temperaturah do 260 stopinj

Dobra odpornost na žveplovo kislino in peroksidno oksidacijo

Konstrukcija visoke čistosti, združljiva s polprevodniško obdelavo

Nizka ionska kontaminacija in malo ekstrakta

Geometrije potopnih grelnikov po meri so prilagodljive

Številni procesni inženirji te sisteme mimogrede imenujejo PTFE grelniki, vendar je ovoj proizveden posebej iz polprevodniškega -PFA.

Funkcija potopnega grelnika PFA
V SPM kopeli je grelec kemično inerten vroč prst v močno oksidirajoči tekočini, ki bi v trenutku uničila tradicionalne kovinske grelne sisteme.

Obloga PFA ščiti notranji grelec pred neposrednim stikom s kombinacijo žveplovega -peroksida in preprečuje, da bi kovinska kontaminacija vstopila v procesno kemijo. To obvladovanje kontaminacije je ključnega pomena, ker lahko celo sledovi kovinskih ionov motijo ​​delovanje rezin in izkoristek naprave.

Na splošno se samo dve tehnologiji grelnikov štejeta za primerni za okolja SPM:

Potopni grelniki visoke čistosti s prevleko PFA

Grelni elementi iz kvarčnega plašča

Grelniki PFA so priljubljeni med temi izbirami zaradi svoje kemične odpornosti, toplotne vzdržljivosti in prilagodljivosti izdelave.

Gostota vatov mora biti konzervativna
Raztopine SPM delujejo zelo blizu njihovega učinkovitega območja vrelišča. Posledično mora gostota moči grelnika ostati namerno konzervativna.

Previsoke površinske temperature lahko povzročijo lokalno pregrevanje na vmesniku plašča. Pri mešanicah koncentriranega žveplovega-peroksida je lahko udarjanje močno zaradi lokalnega pregrevanja, nenadnega izpusta hlapov ali nestabilnega vrelišča.

Tako so potopni grelniki za polprevodniške razrede razviti z:

Nizka površinska vatna gostota

Enakomerna porazdelitev toplote

Nadzorovana potopna geometrija

Natančen nadzor temperature

Stalna tekoča pokritost

Težava ni hiter prenos toplote, temveč enakomerno, zanesljivo vzdrževanje toplote.

Premisleki glede načrtovanja mokrega grelnika za polprevodnike
Potopni grelniki SPM so pogosto zasnovani za posebne geometrije rezervoarjev in globine potopitve. Če je ovoj nad tekočinsko linijo, lahko koncentracije toplotne obremenitve skrajšajo življenjsko dobo grelnika ali poškodujejo površino fluoropolimera.

Pri polprevodniških aplikacijah obstaja več vprašanj, ki so posebnega pomena.

Nadzor globine potopitve
Grelec mora biti med delovanjem popolnoma potopljen. Delna izpostavljenost lahko povzroči visoke temperature plašča in olajša utrujenost materiala.

Gradnja visoke čistosti
Stopnje kontaminacije v proizvodnji polprevodnikov morajo biti izjemno nizke. Sklopi grelnikov so zato izdelani iz fluoropolimerov visoke čistosti, z uporabo proizvodnih tehnik, združljivih s čistimi prostori, in z minimalno izpostavljenostjo kovinam.

Nadzor toplotne ekspanzije
Ponavljajoče nihanje med temperaturo okolice in delovno temperaturo lahko povzroči mehansko obremenitev v ovoju iz fluoropolimera. Ustrezna razdalja med podporami in vsestranski pritrdilni elementi omejujejo kopičenje utrujenosti.

Periodični pregledi
Za odkrivanje zgodnjih znakov razpok zaradi napetosti, razbarvanja ali površinske deformacije je potreben redni pregled. V sodobnih obratih za proizvodnjo rezin je običajno načrtovati preventivno zamenjavo, da se izognemo nepričakovanim prekinitvam procesa.

Varnostni nasvet
Kemija ekstremne nevarnosti SPM
Raztopine SPM so med najnevarnejšimi kemičnimi mešanicami, ki se uporabljajo v proizvodnji polprevodnikov.

Mešanica žveplove kisline in vodikovega peroksida je zelo eksotermna, agresivno oksidira in lahko povzroči resne kemične opekline in hitre reakcije. Vsako nenamerno onesnaženje vode lahko povzroči hitro nastajanje pare in eksploziven izmet vroče kisline.

Evo zakaj:

Pred polnjenjem kemije morajo biti rezervoarji suhi

Metode kemičnega dodajanja morajo imeti tesne protokole zaporedja

Stopnje potopitve grelnika morajo biti konstantne

Potrebni so sistemi za regulacijo temperature in zaščito pred previsoko temperaturo

Raztopina sme priti v stik le z ustreznimi materiali, kot sta PFA visoke čistosti ali kremen.

Operativne operacije so pogosto urejene z varnostnimi zahtevami za polprevodniške objekte in avtomatizirane sisteme za predajo kemikalij.

Zakaj je PFA postal industrijski standard
Polprevodniški posel zahteva tako kemično agresivnost kot atomsko čistost. Čiščenje SPM je učinkovito pri odstranjevanju trdovratne organske kontaminacije, ki bi sicer lahko motila postopke fotolitografije, nanašanja in jedkanja na nanometrskih lestvicah.

Potopni grelniki s plaščem PFA- so hkrati skladni s številnimi pomembnimi procesnimi zahtevami:

Odporen na koncentrirano žveplovo kislino

Stabilnost v oksidacijskih pogojih, bogatih s peroksidom

Zmogljivosti pri visokih temperaturah

Minimalna generacija delcev

Nizko tveganje kovinske kontaminacije

Zaradi te kombinacije so potopni grelniki PFA temeljna tehnologija v sodobni opremi za mokro obdelavo polprevodnikov.

Povzetek in zaključek
Uporaba polprevodnikov z žveplovo kislino SPM za PTFE grelnik je eno najzahtevnejših okolij v tehnologiji kemičnega ogrevanja. V praksi je ovoj grelnika izdelan iz PFA visoke -čistosti, fluoropolimera, ki lahko prenese ostro oksidacijsko okolje in visoke temperature čistilnih kopeli z žveplovim-peroksidom.

Ti grelniki varno delujejo v sistemih SPM, ki se uporabljajo za napredno čiščenje rezin zaradi skrbno nadzorovane gostote vatov, stabilnih pogojev potopitve in strogega upravljanja kontaminacije. Poleg tega redni pregledi zaradi napetostnih razpok in toplotne utrujenosti dodatno prispevajo k dolgoročni-zanesljivosti procesa.

Potopni grelnik s plaščem PFA- se je pojavil kot industrijski standard za zagotavljanje intenzivne čistilne kemije, ki je potrebna pred oblikovanjem nanoskopskih struktur naprav v proizvodnji polprevodnikov. Tehnologija ogrevanja najvišje čistosti končno proizvede silicij najvišje čistosti na več področjih.