Ako sa PTFE ohrievače používajú pri predhrievaní kyseliny sírovej na čistenie polovodičových plátkov (SPM)?

SPM clean- vysoko oxidujúca zmes koncentrovanej kyseliny sírovej a peroxidu vodíka- sa používa na extrakciu organických zvyškov z kremíkových doštičiek pred základnými procesmi pri výrobe polovodičov. Roztok sa zahreje na približne 120-150 stupňov, čo je teplotný rozsah, ktorý rýchlo eliminuje konvenčný PTFE ako vhodný materiál plášťa. Pre tento postup musí byť ponorný ohrievač vyrobený z tepelne odolnejšieho fluoropolyméru PFA.

Vykurovací systém vo vnútri polovodičových mokrých stolov musí odolávať jedným z najnáročnejších chemických podmienok v priemyselných procesoch a zároveň si zachovávať ultra-vysokú čistotu. Takto realizovaný dizajn je vo všeobecnosti v rámci väčšej triedy polovodičových aplikácií s PTFE ohrievačom kyseliny sírovej SPM, ale materiál plášťa, ktorý sa volí, je najmä PFA s vysokou{2}}čistotou, a nie štandardný PTFE.

Pochopenie postupu čistenia SPM
SPM (Sulfuric{0}}peroxide Mixture) sa bežne používa v polovodičovom priemysle na odstránenie zvyškov fotorezistov, organických kontaminantov a stopových uhlíkových zlúčenín z povrchu plátku.

Roztok sa zvyčajne vyrába ako objemový pomer kyseliny sírovej k peroxidu vodíka 3:1 až 4:1. Pridaním peroxidu vodíka do koncentrovanej kyseliny sírovej vzniká veľmi reaktívny oxidačný roztok. Miešanie vytvára značné teplo, exotermickej povahy, a teplota kúpeľa môže rýchlo stúpnuť ešte pred pridaním vonkajšieho tepla.

Teplota varu roztoku stúpa so zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny sírovej. Prevádzkové teploty sú zvyčajne v rozsahu 120 až 150 stupňov v závislosti od chémie procesu a úrovne kontaminácie.

Pri týchto teplotách konštrukčné požiadavky ohrievača zahŕňajú chemickú odolnosť a tepelnú stabilitu.

Prečo SPM nie je vhodný pre štandardný PTFE
PTFE ponorné ohrievače boli historicky celkom úspešné v mnohých kyslých a korozívnych aplikáciách. Potreba tepla čistiacich kúpeľov SPM však často nie je splnená pri dostupných bežných materiáloch PTFE.

PFA (perfluóralkoxyalkán) má pre túto aplikáciu rôzne výhody:

Nepretržitý servis pri teplotách do 260 stupňov

Dobrá odolnosť voči kyseline sírovej a oxidácii peroxidu

Vysoko čistá konštrukcia kompatibilná so spracovaním polovodičov

Nízka iónová kontaminácia a nízka extrahovateľnosť

Vlastné geometrie ponorného ohrievača sú prispôsobiteľné

Mnoho procesných inžinierov náhodne označuje tieto systémy ako PTFE ohrievače, avšak plášť je špeciálne vyrobený z polovodičového -kvalitného PFA.

Funkcia ponorného ohrievača PFA
V kúpeli SPM je ohrievač chemicky inertný horúci prst v silne oxidujúcej kvapaline, ktorá by bleskovo zničila tradičné kovové vykurovacie systémy.

Objímka PFA chráni vnútorný ohrievač pred priamym kontaktom s kombináciou peroxidu -sírovej a zabraňuje prenikaniu kovovej kontaminácie do procesnej chémie. Toto riadenie kontaminácie je kritické, pretože aj stopové kovové ióny môžu interferovať s výkonom plátku a výťažnosťou zariadenia.

Vo všeobecnosti sa iba dve technológie ohrievačov považujú za vhodné pre prostredia SPM:

Ponorné ohrievače vysokej čistoty s PFA povlakom

Vyhrievacie telesá z kremenného plášťa

Ohrievače PFA sú medzi týmito možnosťami obľúbené pre svoju chemickú odolnosť, tepelnú odolnosť a flexibilitu výroby.

Hustota wattov musí byť konzervatívna
Roztoky SPM sú prevádzkované pri veľmi blízkom ich efektívnemu rozsahu varu. V dôsledku toho musí hustota wattov ohrievača zostať zámerne konzervatívna.

Nadmerné povrchové teploty môžu vyvolať lokálne prehriatie na rozhraní plášťa. Pri koncentrovaných zmesiach-peroxidu sírového môže byť náraz prudký v dôsledku lokálneho prehriatia, náhleho uvoľnenia pár alebo nestabilného varu.

Preto sú ponorné ohrievače pre polovodičovú triedu vyvinuté s:

Nízka hustota povrchového wattu

Rovnomerné rozloženie tepla

Riadená geometria ponoru

Presná regulácia teploty

Neustále krytie tekutinou

Problémom nie je rýchly prenos tepla, ale stabilná a spoľahlivá tepelná údržba.

Úvahy o konštrukcii ohrievača mokrej lavice pre polovodič
Ponorné ohrievače SPM sú často navrhnuté pre špecifické geometrie nádrže a hĺbky ponorenia. Ak je plášť nad potrubím kvapaliny, koncentrácie tepelného napätia môžu viesť k skráteniu životnosti ohrievača alebo poškodeniu povrchu fluórpolyméru.

V aplikáciách polovodičov existuje niekoľko problémov s návrhom špeciálneho významu.

Ovládanie hĺbky ponoru
Ohrievač musí byť počas prevádzky úplne ponorený. Čiastočná expozícia môže spôsobiť vysoké teploty plášťa a uľahčiť únavu materiálu.

Vysoká čistota konštrukcie
Úroveň kontaminácie pri výrobe polovodičov musí byť mimoriadne nízka. Zostavy ohrievačov sú následne vyrobené z vysoko čistých fluórpolymérov, s použitím výrobných techník kompatibilných s čistými priestormi a s minimálnym vystavením kovu.

Kontrola tepelnej rozťažnosti
Opakované cyklovanie medzi teplotou okolia a prevádzkovou teplotou môže spôsobiť mechanické napätie vo fluoropolymérovom plášti. Správne rozmiestnenie podpier a všestranné usporiadanie uchytenia obmedzuje nahromadenie únavy.

Pravidelné kontroly
Pravidelná kontrola je potrebná na zistenie skorých indikátorov praskania v dôsledku napätia, zmeny farby alebo deformácie povrchu. V moderných zariadeniach na výrobu plátkov je obvyklé naplánovať preventívnu výmenu, aby sa predišlo neočakávaným prerušeniam procesu.

Bezpečnostné rady
SPM Extreme Hazard Chemistry
Riešenia SPM patria medzi najnebezpečnejšie chemické zmesi používané pri výrobe polovodičov.

Zmes kyseliny sírovej a peroxidu vodíka je veľmi exotermická, agresívne oxidujúca a môže spôsobiť vážne chemické popáleniny a rýchle reakcie. Akákoľvek neúmyselná kontaminácia vody môže spôsobiť rýchlu tvorbu pary a explozívny výron horúcej kyseliny.

Tu je dôvod:

Nádrže musia byť pred nabíjaním chémie suché

Metódy chemického pridávania musia mať prísne sekvenčné protokoly

Úrovne ponorenia ohrievača sa musia udržiavať konštantné

Je potrebná regulácia teploty a systémy ochrany proti nadmernej teplote

Roztok by mal prísť do kontaktu iba s vhodnými materiálmi, ako je vysoko čistý PFA alebo kremeň.

Prevádzkové operácie sú často regulované bezpečnostnými požiadavkami na polovodičové zariadenia a automatizované systémy na prepravu chemikálií.

Prečo sa PFA stal priemyselným štandardom
Biznis polovodičov vyžaduje chemickú agresivitu aj atómovú čistotu. Čistenie SPM je účinné pri odstraňovaní húževnatej organickej kontaminácie, ktorá by inak mohla interferovať s fotolitografiou, procesmi ukladania a leptania na nanoškálach.

PFA-plášťové ponorné ohrievače súčasne spĺňajú mnohé dôležité procesné požiadavky:

Odolný voči koncentrovanej kyseline sírovej

Stabilita v oxidačných podmienkach bohatých na peroxid

Schopnosť vysokej teploty

Minimálna tvorba častíc

Nízke riziko kovového znečistenia

Táto kombinácia robí z ponorných ohrievačov PFA základnú technológiu v súčasných zariadeniach na mokré spracovanie polovodičov.

Zhrnutie a záver
Aplikácia polovodičov kyseliny sírovej SPM pre ohrievač PTFE je jedným z najnáročnejších prostredí, ktoré sa vyskytujú v technológii chemického ohrevu. V praxi je plášť ohrievača vyrobený z -PFA vysokej čistoty, fluórovaného polyméru, ktorý odolá drsnému oxidačnému prostrediu a vysokým teplotám čistiacich kúpeľov na báze peroxidu síry-.

Tieto ohrievače pracujú bezpečne vo vnútri systémov SPM používaných na pokročilé čistenie plátkov vďaka starostlivo kontrolovanej hustote wattov, stabilným podmienkam ponorenia a prísnemu riadeniu kontaminácie. Okrem toho pravidelná kontrola prasklín spôsobených napätím a tepelnej únavy ešte viac prispieva k dlhodobej-spoľahlivosti procesu.

Ponorný ohrievač s plášťom PFA{0}} sa stal priemyselným štandardom na poskytovanie intenzívnej čistiacej chémie potrebnej pred vytvorením štruktúr nanoskopických zariadení pri výrobe polovodičov. Technológia ohrevu najvyššej čistoty konečne produkuje kremík najvyššej čistoty v niekoľkých oblastiach.