PFPE در ساخت نیمه هادی: نحوه عملکرد آن در اچینگ پلاسما و تجهیزات CVD

فرآیند تولید نیمه هادی بر دقت بسیار زیاد و شرایط عملیاتی سخت متکی است-خلاء بالا، گازهای خورنده، و نوسانات گسترده دما{1}}به ویژه در سیستم های اچ پلاسما و رسوب بخار شیمیایی (CVD). این محیط‌ها به محلول‌های روغن‌کاری و آب‌بندی نیاز دارند که بتوانند در برابر مواد شیمیایی تهاجمی مقاومت کنند، از آلودگی جلوگیری کنند و عملکرد را در چرخه‌های طولانی حفظ کنند. پرفلوئوروپلی‌تر (PFPE) به عنوان استاندارد طلایی برای اجزای حیاتی مانند پمپ‌های خلاء، حلقه‌های O{4} و سوپاپ‌ها پدیدار شده است که پایداری و قابلیت اطمینان بی‌نظیری را ارائه می‌کند که مستقیماً بر عملکرد ویفر و زمان کارکرد تجهیزات تأثیر می‌گذارد. در زیر به تفصیل نحوه عملکرد PFPE در این برنامه های کلیدی اشاره شده است.

پمپ‌های خلاء ستون فقرات اچ پلاسما و سیستم‌های CVD هستند که برای حفظ سطوح خلاء فوق‌العاده{0} بالا (تا 10-6 Pa) برای جلوگیری از آلودگی گاز و اطمینان از رسوب لایه نازک یکنواخت یا اچ کردن دقیق مواد لازم است. روغن های معدنی سنتی یا روان کننده های مصنوعی در اینجا به دلیل فشار بخار بالا و ناپایداری شیمیایی شکست می خورند، اما ساختار مولکولی منحصر به فرد PFPE این چالش های حیاتی را برطرف می کند.

فشار بخار کم برای آلودگی-خلاء رایگان: ستون فقرات کاملاً فلورینه شده PFPE پیوندهای قوی C-F را تشکیل می دهد که نوسانات را به حداقل می رساند-فشار بخار آن در 40 درجه معمولاً زیر 10-6 Torr است، 1000 برابر کمتر از روغن های معمولی. این از تبخیر روان کننده و رسوب روی سطوح حساس ویفر یا اجزای نوری جلوگیری می کند، که در غیر این صورت باعث ایجاد نقص و کاهش عملکرد تراشه می شود. در حکاکی پلاسما، جایی که حتی ردیابی آلاینده ها می توانند الگوهای مدار را تغییر دهند، طبیعت غیرفرار PFPE تضمین می کند که محفظه خلاء بکر باقی بماند.

پایداری حرارتی و شیمیایی تحت استرس: پمپ های خلاء در حین کار گرمای قابل توجهی تولید می کنند و دمای بیرینگ اغلب بیش از 150 درجه است. PFPE ویسکوزیته پایدار را در طیف وسیعی از دمای (65- درجه تا 250 درجه) حفظ می کند و از ضخامت لایه روانکاری ثابت در اجزای دوار مانند روتور پمپ و یاتاقان ها اطمینان می دهد. علاوه بر این، فرآیندهای اچ پلاسما و CVD از گازهای خورنده (به عنوان مثال، فلوئور، کلر، آمونیاک) و پلاسماهای واکنشی استفاده می کنند که روان کننده های استاندارد را تجزیه می کنند. بی اثری شیمیایی PFPE در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاومت می کند و از تجزیه روغن، تشکیل لجن و آسیب بعدی پمپ جلوگیری می کند.

مکانیزم روغن کاری برای طول عمر: PFPE از طریق جذب فیزیکی، لایه‌ای بادوام و با اصطکاک کم-روی سطوح فلزی تشکیل می‌دهد و سایش بین قطعات متحرک مانند شفت پمپ و یاتاقان‌ها را کاهش می‌دهد. برخلاف جایگزین‌های فلوئوردار که ممکن است ذرات ساینده ایجاد کنند، PFPE با مواد پمپ (فولاد، آلومینیوم، سرامیک) سازگار است و خواص روان‌کاری خود را برای فواصل زمانی طولانی‌تر حفظ می‌کند-اغلب «روغ‌کاری مادام‌العمر» را در مجموعه‌های مهم پمپ ممکن می‌سازد و زمان تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد.

حلقه‌های O{0}}برای حفظ آب‌بندی‌های ضد هوا در محفظه‌های خلاء، خطوط گاز و رابط‌های تجهیزات، جلوگیری از نشت گازهای فرآیند یا هوای اتمسفر حیاتی هستند. در تولید نیمه هادی، آب بندی ها با تهدیدات دوگانه روبرو هستند: حمله شیمیایی ناشی از گازهای فرآیند و سایش مکانیکی ناشی از چرخش مکرر تجهیزات. PFPE عملکرد حلقه O{3}}را از طریق دو مکانیسم کلیدی افزایش می‌دهد:

 روانکاری سطح و ضد چسبندگی-: حلقه‌های O- (اغلب از FFKM یا PTFE ساخته می‌شوند) می‌توانند تحت دما یا فشار بالا به سطوح جفت شونده بچسبند که منجر به آسیب آب‌بند در حین باز کردن/بستن تجهیزات شود. روان کننده های مبتنی بر PFPE (معمولاً با PTFE ضخیم می شوند) سطح حلقه O-را با یک لایه-اصطکاک کم-غیر چسبنده می پوشانند که ضریب اصطکاک را تا 50% کاهش می دهد. این کار از چسبندگی جلوگیری می کند و تنش مکانیکی را به حداقل می رساند و طول عمر حلقه O{8}}را 2 تا 3 برابر در مقایسه با مهر و موم های روغن کاری نشده یا روغن کاری معمولی افزایش می دهد.

 محافظت مهر و موم و مانع شیمیایی: گازهای فرآیندی مانند فلوئور و اسید کلریدریک می توانند مواد حلقه O{0}}را در طول زمان تجزیه کنند و باعث تورم، ترک خوردن یا از دست دادن خاصیت ارتجاعی شوند. ماهیت بی اثر PFPE به عنوان یک مانع محافظ عمل می کند، مواد خورنده را دفع می کند و از نفوذ آنها به ماتریس حلقه O- جلوگیری می کند. این امر مجموعه فشرده سازی و کشسانی مهر و موم را حفظ می کند و عملکرد آب بندی ثابت را حتی پس از هزاران چرخه فرآیند تضمین می کند. در سیستم‌های CVD، جایی که گازهای پیش‌ساز (مانند سیلان، کلرید تیتانیوم) بسیار واکنش‌پذیر هستند، حلقه‌های O{8}}PFPE{7}}روغ‌کاری شده از نشت گاز که می‌تواند یکنواختی فیلم را به خطر بیندازد، جلوگیری می‌کند.

سوپاپ ها جریان گازهای فرآیند، پیش سازها و خلاء را در سیستم های اچ پلاسما و CVD تنظیم می کنند که نیاز به تحریک دقیق و نشتی صفر دارند. شرایط سخت عملیاتی-محیط خورنده، اختلاف فشار بالا، و دوچرخه سواری مکرر-به روانکاری نیاز دارد که روانکاری و پایداری شیمیایی را متعادل کند.

کاهش اصطکاک برای فعال سازی دقیق: سوپاپ ها از مهر و موم های ساقه، نشیمنگاه توپ و مکانیسم های دروازه استفاده می کنند که برای کنترل دقیق جریان گاز نیاز به حرکت صاف دارند. ویسکوزیته پایین PFPE در دماهای پایین و بالا حداقل مقاومت را در هنگام باز کردن/بستن شیر تضمین می‌کند و کنترل دقیق جریان را برای حکاکی یا رسوب یکنواخت ضروری می‌سازد. سازگاری آن با مواد سوپاپ (PTFE، فولاد ضد زنگ، FFKM) حتی پس از میلیون‌ها چرخه، از گند زدگی و گرفتگی جلوگیری می‌کند.

بی اثری شیمیایی و پیشگیری از آلودگی: دریچه ها در سیستم های اچ پلاسما در معرض پلاسماهای واکنش پذیر و محصولات جانبی هستند که می توانند روان کننده ها را فرسایش دهند و منجر به چسبندگی یا نشت دریچه شوند. PFPE در برابر تخریب توسط این مواد مقاومت می کند و از تشکیل محصولات جانبی خورنده که می توانند گازهای فرآیند را آلوده کنند جلوگیری می کند. علاوه بر این، ماهیت غیرفرار آن تضمین می کند که بخار روان کننده وارد جریان گاز نمی شود و از آلودگی ویفر جلوگیری می کند. در سیستم‌های CVD، جایی که حتی ناخالصی‌های ناچیز می‌توانند ترکیب فیلم را تغییر دهند، عملکرد تمیز PFPE برای حفظ یکپارچگی فرآیند ضروری است.

پایداری طولانی مدت-در چرخه های شدید: دریچه های نیمه هادی به طور مداوم در محیط های{0}}تنش زیاد، با نوسانات دما از -40 درجه (در هنگام خنک شدن محفظه-پایین) تا 200 درجه (در حین پردازش) کار می کنند. پایداری حرارتی PFPE از تجزیه ویسکوزیته یا انجماد جلوگیری می کند و روانکاری قابل اعتماد را در تمام مراحل عملیاتی تضمین می کند. این امر تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی نشده را کاهش می‌دهد و عمر سرویس سوپاپ را افزایش می‌دهد، که مزیتی کلیدی برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها برای تأسیسات تولیدی با حجم بالا است.

در فرآیندهای اچ پلاسما و CVD، عملکرد روان کننده ها و مواد آب بندی مستقیماً بر قابلیت اطمینان تجهیزات و کیفیت محصول تأثیر می گذارد. ترکیب منحصربه‌فرد PFPE از{1}}فشار بخار فوق‌العاده کم، بی‌اثری شیمیایی، تحمل دمای وسیع و اصطکاک کم، آن را به تنها ماده‌ای تبدیل می‌کند که می‌تواند سخت‌ترین نیازهای صنعت را برآورده کند. برخلاف روان کننده های معمولی که خطر آلودگی، خوردگی یا خرابی زودرس را دارند، PFPE تضمین می کند:

 یکپارچگی خلاء و خلوص فرآیند

 عمر طولانی برای قطعات حیاتی (پمپ ها، شیرها، O-رینگ)

 کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و خرابی

 مطابقت با استانداردهای اتاق تمیز نیمه هادی (ISO کلاس 1-3)