RCA-puhdistus on perustavanlaatuinen, kaksi{0}}vaiheinen kemiallinen prosessi, joka kuorii piikiekon atomisesti koskemattomalle pinnalle, joka on valmis seuraavaan miljardin-dollarin transistorin valmistukseen. SC1 (ammoniumhydroksidi/vetyperoksidi) poistaa orgaaniset hiukkaset ja SC2 (suolahappo/vetyperoksidi) poistaa metalli-ioneja. Molemmat kylvyt lämmitetään 70–80 asteeseen ja ne ovat voimakkaasti syövyttäviä ja hapettavia. Näiden kriittisten puhdistussäiliöiden sisällä olevan uppolämmittimen on oltava kemiallisen puhtauden linnoitus, joka ei lisää metalli-ioneja tai hiukkasia takaisin kiekkoon. PTFE ja sen erittäin{10}}puhtaus PFA-serkku ovat materiaaleja, jotka täyttävät tämän äärimmäisen standardin.
RCA-puhdistusprosessi: SC1- ja SC2-kylpyammeet
Werner Kernin RCA Laboratoriesissa 1970-luvulla kehittämä RCA Clean on edelleen kultainen standardi esidiffuusiokiekkojen puhdistuksessa puolijohteiden valmistuksessa. Prosessi koostuu kahdesta peräkkäisestä kuumasta kemiallisesta kylvystä:
SC1 (Standard Clean 1): Ammoniumhydroksidin (NH4OH), vetyperoksidin (H2O2) ja deionisoidun (DI) veden seos, tyypillisesti suhteessa 1:1:5. Kylpy lämmitetään 70-80 asteeseen. SC1 on alkalinen (pH ≈ 10–11) ja voimakkaasti hapettava. Sen tehtävänä on poistaa orgaanisia jäämiä, hiukkasia ja joitakin metalleja hapettumisen ja pintasyövytyksen yhdistelmällä. Vetyperoksidi hajoaa helposti korkeissa lämpötiloissa, jolloin kylpy on kemiallisesti aggressiivinen ja lyhytikäinen.
SC2 (Standard Clean 2): Seos, jossa on suolahappoa (HCl), vetyperoksidia (H2O2) ja DI-vettä, tyypillisesti suhteessa 1:1:6. Lämmitetään myös 70-80 asteeseen. SC2 on hapan (pH ≈ 1–2) ja voimakkaasti hapettava. Se poistaa alkali- ja siirtymämetalli-ionit (esim. rauta, kupari, nikkeli, kromi), jotka jäävät kiekon pinnalle SC1:n jälkeen.
Jokaisen vaiheen jälkeen kiekot huuhdellaan ultrapuhtaalla vedellä. Yhdistetty SC1/SC2-prosessi tuottaa piipinnan, jossa on ohut, suojaava kemiallinen oksidi ja erittäin alhainen hiukkas- ja metallikontaminaation taso -tyypillisesti alle 10¹⁰ atomia/cm² metalleille ja nollahiukkasia, jotka ovat suurempia kuin 0,1 µm.
Näiden kylpyjen lämmitys on välttämätöntä. Huoneenlämmössä kemialliset reaktiot ovat liian hitaita ja puhdistustehokkuus huono. 70–80 asteessa reaktiot etenevät optimaalisella nopeudella ja kiekon pinta on kunnolla ilmastoitu. Korkea lämpötila kuitenkin kiihdyttää vetyperoksidin hajoamista ja lisää kemikaalien syövyttävyyttä. Sähkövastuksen on kestettävä tämä ympäristö saastuttamatta kylpyä.
Miksi PTFE (PFA) -lämmitin on standardi SC1- ja SC2-kylpyammeille
ThePTFE-lämmitin SC1 SC2 puhdistuspuolijohdekäyttö edellyttää materiaalia, joka on kemiallisesti inertti sekä vahvoille emäksille (SC1) että vahvoille hapoille (SC2) sekä väkevälle vetyperoksidille korotetuissa lämpötiloissa. Perfluorialkoksi (PFA)-sulate-prosessoitava fluoripolymeeri, joka on hyvin samanlainen kuin PTFE-, on tämän palvelun materiaali. Puolijohdeteollisuudessa lämmittimiä kutsutaan yleisesti "PTFE-lämmittimiksi", vaikka kostutettu materiaali on PFA, termin yleisen käytön vuoksi.
Kemiallinen kestävyys sekä emäksisille että happamille hapettimille
PFA on täysin inertti SC1- ja SC2-kemioiden suhteen:
Vastustuskyky SC1:lle: Ammoniumhydroksidi on vahva emäs. Vetyperoksidi on voimakas hapetin. Yhdistelmä syövyttää voimakkaasti useimpia metalleja ja monia muoveja. PFA ei osoita hajoamista, turvotusta tai painon muutosta pitkäaikaisen kuumalle SC1:lle altistumisen jälkeen.
Vastustuskyky SC2:lle: Kloorivetyhappo 70–80 asteessa syövyttää nopeasti ruostumatonta terästä, titaania ja jopa joitain nikkeliseoksia. PFA on läpäisemätön HCl:lle ja myös H2O2:n hapettavalle vaikutukselle.
Toisin kuin metallilämmittimet, PFA-suojus ei vapauta lainkaan metalli-ioneja kylpyyn. Tämä on kriittistä, koska kaikki lämmittimestä huuhtoutuva rauta-, nikkeli-, kromi- tai kupari-ioni kertyy uudelleen kiekon pinnalle puhdistuksen aikana, mikä kumoaa SC2-metallinpoistovaiheen tarkoituksen.
Hiukkasten muodostus: Ultra-sileä, ei-huokoinen pinta
PFA on valettu tai koneistettu sileällä, ei--huokoisella pinnalla (tyypillisesti Ra pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 µm). Pinta ei vuoda hiukkasia tai hiutaleita kylpyyn. Sitä vastoin metallilämmittimeen voi muodostua piste- tai oksidihilsettä, joka vapauttaa mikroskooppisia hiukkasia. PTFE-pinnoitetut metallilämmittimet (joissa on ohut fluoripolymeerikerros metalliytimen päällä) voivat silti irrottaa hiukkasia, jos pinnoite on vaurioitunut. Kiinteä PFA-vaippa on homogeeninen eikä delaminoidu.
Rako-Ilmainen, täysin tyhjennettävä muotoilu
Semiconductor{0}}-luokan PFA-upotuslämmittimet on suunnitelturako-vapaarakentaminen. Kaikki rakot, saumat tai kuollut -jalka lämmitinkokoonpanossa voivat vangita puhdistuskemikaalien tai kosteuden, mikä johtaisi myöhempien kylpyjen saastumiseen tai bakteerien kasvuun (DI-vesihuuhteluissa). Kiukaan kostutetut pinnat ovat sileitä, jatkuvia ja täysin valuvia. Asennuslaippa on tyypillisesti valmistettu erittäin -puhdasta PFA:sta tai sähkökiillotetusta ruostumattomasta teräksestä, joka on sijoitettu nestepinnan yläpuolelle, ja siinä on PFA-huulitiiviste, joka estää kemiallisen kosketuksen metallin kanssa.
Puhtaushuomautus: Puhdastilakokoonpano, testaus ja kaksoispussi{0}}
SC1- ja SC2-kylvyissä käytettäväksi PFA-lämmitin on valmistettava ja pakattava erittäin puhtaissa olosuhteissa. Seuraava protokolla on vakiona puolijohdeluokan laitteissa:
Kokoonpanoympäristö: Lämmitin on asennettu ISO Class 5 (Class 100) tai puhtaampaan laminaarivirtauspuhdastilaan. Kaikki kokoonpanohenkilöstö käyttää puhdastilavaatteita (pupupukuja, käsineitä, kasvonaamioita) ja noudattaa tiukkoja käytäntöjä hiukkasten pääsyn estämiseksi.
Hiukkasten ja metalli-ionien testaus: After assembly, the heater is rinsed with ultrapure water. The rinse water is analyzed for particle counts (e.g., ≥0.1 µm particles per cm² of wetted surface) and for extractable metal ions by ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry). Typical acceptance criteria: < 10 particles >0,1 um per cm2; < 1 osa-/-miljardia mitä tahansa siirtymämetallia.
Kaksinkertainen{0}}pussikuljetus: Puhdistettu, kuivattu ja testattu lämmitin suljetaan ensimmäiseen, puhtaaseen sisäpussiin, joka on valmistettu ESD{0}}turvallisesta, vähän{1}}hiukkasista polyeteenistä. Sisäpussi on lämpösaumattu-. Pussitettu lämmitin asetetaan sitten toisen, puhtaan ulkopussin sisään ja suljetaan uudelleen. Molemmissa pusseissa on lämmittimen sarjanumero, puhtaustodistuksen päivämäärä ja käsittelyohjeet (esim. "Avoinna vain puhdastilassa").
Ulkopakkaus: Kaksinkertainen-pussillinen lämmitin asetetaan vaahtomuovilla-päällystettyyn kuljetuslaatikkoon mekaanisten vaurioiden estämiseksi.
Asiakas saa lämmittimen suljetuissa kaksoispusseissaan. Lämmitin siirretään tehtaan puhdastilaan läpikulku--tai pukualueen kautta. Ulompi pussi poistetaan puhdastilan sisäänkäynnistä ja sisäpussi avataan vasta asennuskohdassa märän penkin sisällä. Tämä tiukka protokolla varmistaa, että lämmitin ei aiheuta kontaminaatiota SC1- tai SC2-kylpyyn.
Lämmittimen suunnitteluominaisuudet SC1/SC2-palvelulle
| Ominaisuus | Vaatimus | Syy |
|---|---|---|
| Kostutettu materiaali | Kiinteä PFA (perfluorialkoksi) tai PTFE | Kemiallinen inertti, alhainen hiukkasten muodostus, ei metalli-ioneja |
| Vaipan wattitiheys | Vähemmän tai yhtä suuri kuin 5 W/cm² (tyypillisesti 3–4 W/cm²) | Estää H2O₂:n paikallisen kiehumisen ja lämpöhajoamisen |
| Lämmityselementti | Nikkeli-kromi (NiCr) -seos, täysin kapseloitu | Kestää korroosiota suljetun PFA-vaipan sisällä |
| Kylmä alue (lämmittämätön) | Pituus Yli tai yhtä suuri kuin 150 mm nestepinnan yläpuolella | Estää kuivan{0}}palon, jos nestetaso laskee; suojaa säiliön seinää kuumuudelta |
| Asennuslaippa | PFA tai sähkökiillotettu 316L SS (nesteen yläpuolella) | Kemiallinen kestävyys; jos se on metallia, se sijaitsee kaukana höyryistä |
| Pintakäsittely | Ra Alle tai yhtä suuri kuin 0,5 µm, ei rakoja tai kierteitä kostutetulla tiellä | Estää hiukkasten kerääntymisen ja jäämien kertymisen |
| Kaapeli | PFA{0}}vaippattu, joustava, puhdastila-eristetyllä | Kestää kemiallisia roiskeita; alhainen kaasuntuotto |
| Liitinlaatikko | Sinetöity IP65 tai paremmaksi, sijaitsee märän penkin ulkopuolella | Suojaa sähköliitäntöjä syövyttäviltä höyryiltä |
Vakaan, puhtaan lämmön rooli kiekkojen puhdistuksessa
PFA-lämmitin tarjoaa vakaan, tasaisen lämmön SC1- ja SC2-kylpyille. Lämpötilan säätö saavutetaan tyypillisesti PID-säätimellä, jossa on PFA-pinnoitettu tai PFA-kapseloitu termopari, joka on upotettu kylpyyn. Asetusarvo säilyy ±0,5 asteen sisällä. Tämä vakaus on välttämätöntä, koska:
SC1 tehokkuus: Oikeassa lämpötilassa (70–80 astetta) SC1-kylpy muodostaa kontrolloidun piidioksidikerroksen nostaessaan hiukkasia. Liian kylmä, ja hiukkasten poisto on epätäydellistä. Liian kuuma ja peroksidi hajoaa liian nopeasti, mikä lyhentää kylvyn käyttöikää ja mahdollisesti karheuttaa kiekon pintaa.
SC2 tehokkuus: Metalli-ionien poiston kinetiikka riippuu lämpötilasta-. Vakaa, tasainen kylvyn lämpötila varmistaa toistettavan, ennustettavan metallin poiston koko kiekkoerästä.
Kylvyn pitkäikäisyys: Vetyperoksidi hajoaa nopeammin korkeammissa lämpötiloissa. Säilyttämällä asetusarvon tarkasti ilman ylitystä, lämmitin minimoi peroksidihukan ja pidentää kylvyn käyttöikää.
PFA-lämmitin on kemiallisesti mykistetty, hiukkasvapaa-lämpösaareke, joka lisää vain tarkkaa, puhdasta lämpöä, jota tarvitaan jokaisen kontaminaatioatomin poistamiseen kiekon täydelliseltä pinnalta.
Vertailu vaihtoehtoisiin lämmitysmateriaaleihin SC1/SC2:ssa
| Materiaali | SC1 (emäksinen hapettava) | SC2 (hapan hapettava) | Metalli-ionien vapautus | Hiukkasten tuottaminen | Loistava hyväksyntä |
|---|---|---|---|---|---|
| Kiinteä PFA/PTFE | Erinomainen | Erinomainen | Ei mitään | Erittäin matala | Vakio |
| Kvartsi | Hyvä (hidas etsaus SC1:llä) | Hyvä (syövytys SC2:lla ajan myötä) | Ei mitään (mutta piidioksidihiukkaset mahdollisia) | Kohtalainen (pintaetsaus vapauttaa hiukkasia) | Rajoitettu (herkkä) |
| Titaani | Huono (muodostaa titanaatteja, syövyttää) | Huono (kuoppainen HCl/H₂O2:ssa) | Vapauttaa Ti-ioneja | Korkea | Ei käytetty |
| PVDF | Sopii SC1:lle, rajoitettu 80 asteeseen | Hyvä SC2:lle, mutta alempi lämpötilaraja | Ei mitään | Kohtalainen | Alempi lämpötilaluokitus |
Kvartsilämmittimiä on käytetty historiallisesti joissakin puolijohdemärkäpenkeissä, mutta ne ovat alttiita sekä SC1:n että SC2:n pinnan etsaukselle, erityisesti 80 asteessa. Syövytys vapauttaa piidioksidihiukkasia kylpyyn ja karhentaa lämmittimen pintaa luoden paikkoja hiukkasten kerääntymiselle. Kvartsi on myös hauras ja voi halkeilla lämpöshokin vaikutuksesta. PFA-lämmittimet ovat kestävämpiä,{6}}pidempikestoisempia ja tarjoavat erinomaisen hiukkasten suorituskyvyn.
Johtopäätös: RCA Cleanin ultra{0}}puhdas sydän
PFA-upotuslämmitin on välttämätön, erittäin-puhdas ja kemiallisesti voittamaton lämmönlähde RCA-kiekkojen puhdistusprosessissa, mikä mahdollistaa suoraan maailman edistyneimpien mikrosirujen tuotannon. Kestää erittäin syövyttäviä ja hapettavia SC1- ja SC2-kylpyjä 70–80 asteessa, PFA-suojus ei vapauta metalli-ioneja eikä synnytä käytännössä yhtään hiukkasia. Halkeamaton, täysin tyhjennettävä rakenne yhdistettynä puhdastilakokoonpanoon ja kaksinkertaiseen-pussitukseen varmistaa, että lämmitin ei saastuta erittäin-puhdasta puhdistusympäristöä. Vakaa, puhdas lämpö tuottaa tasaiset, täydellisen puhtaat kiekkopinnat{11}}jokaisen fotolitografia-, syövytys- ja pinnoitusvaiheen perustan.
Piisirun atominen täydellisyys alkaa sen puhdistavan kuuman kemiallisen kylvyn puhtaudesta. Jokaisen edistyneen puolijohdevalmistajan SC1- ja SC2-säiliöissä PFA-lämmitin toimii äänettömästi, lisää vain lämpöä ja säilyttää puhtauden, jonka ansiosta miljardit transistorit voivat toimia ilman yhtäkään kohtalokasta vikaa.
