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半导体硅片生产中的材料最强王者:氟聚合物

半导体硅片是半导体制造的核心材料,它的生产加工涉及精密抛光、研磨、蚀刻、清洗等工序,这个过程中需要用到一些高纯度化学品,比如氢氟酸(HF)、氯化氢(HCI)、氢氧化钠(NaOH)等强酸、强碱,从而对加工配件、管路输送储存的材料提出了耐腐蚀、耐化学品的超高要求,而氟聚合物是唯一可以容纳和运输制造过程中使用的高纯度化学品的材料,实现半导体制造需要的极高稳定性和纯度。


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硅片生产工艺涉及的部分化学品


氟聚合物在半导体硅片生产过程中的应用,主要分为两部分:

  • 硅片加工过程中的配件及封装材料

  • 加工所需化学品的储存和输送


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一、氟聚合物种类、特性及半导体行业应用优势


1、氟聚合物种类


氟聚合物主要有氟塑料、氟橡胶和氟涂料,包括聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)及FKM(氟橡胶)等。


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2、氟聚合物特性


氟聚合物为何如此特殊呢?作为高分子材料的一种,氟聚合物由于具有许多特殊的结构,如氟原子较低的极化率,强的电负性,C-F键能高,因而,氟聚合物呈现出很高的耐热性、耐化学腐蚀性、耐久性和耐候性,特别是对许多溶剂、各种酸碱的不活泼性,地可燃性以及低表面能(既不亲油也不亲水)等。


C-F键特征和氟聚合物特性

C-F键特性

氟聚合物特性

使用的物性

C-F键能高

主链骨架稳定

耐热,耐化学药品,耐久,耐候

F原子半径小

优异的表面性能

不粘性,低摩擦性,防水和防腐蚀

氟原子极化率低

优良电学、光学性

高绝缘,低介电常数,高透光性


3、氟聚合物在半导体行业应用优势


由于半导体尺寸极小,即使最轻微的污染也可能损害其性能,要减少微杂质造成的潜在污染或损害,在制造过程中保持微芯片的清洁至关重要。半导体制造涉及超高纯度化学品和溶剂,而氟聚合物表现出优异的耐化学腐蚀性,无杂质析出,半导体制造设备使用氟聚合物来增强抗腐蚀性,并防止可能引入污染物的浸出。


半导体相关氟材料厂商有:科慕、AGC、索尔维、大金氟化工、霓佳斯、德清科赛、日氟荣等。


二、氟聚合物应用:硅片加工配件、封装


1、晶片花篮


在湿法加工过程中,将半导体晶圆进行清洗、蚀刻然后再次清洗,以去除蚀刻过程中积累的光刻胶和残留物。氟树脂具有耐化学性和高纯度,制成的晶圆篮和其他在湿法加工过程中支撑晶圆的组件,以保护化学品和晶圆表面免受杂质和污染的影响。


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图  PFA 晶片花篮


2、化学品贮藏槽、清洗槽


半导体制造湿法蚀刻工序的清洗装置中,清洗晶片时所用的浴槽和水槽等可由PTFE或PFA制成,避免污染。


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图  蚀刻清洗槽


3、加热器


除发热体之外,全部使用氟树脂材质制成,用于半导体清洗工艺中化学品的加热、保温。


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4、离型膜


ETFE 薄膜具有优异的耐热性、耐化性、不粘性、柔韧性,在半导体的封装工序中,ETFE薄膜为业界常用的离型膜。


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图  半导体离型ETFE薄膜,日氟荣


5、发泡薄片


用氟树脂PTFE制成的发泡用具组件,可以通过向多孔状PTFE薄片送入空气,从而产生泡沫,通过细小的泡沫可有效地实施化学品的搅拌和清洗,用于半导体制造工序中晶片的清洗和化学品的搅拌。

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6、过滤器滤芯


PTFE 树脂用作高纯度过滤膜,对去除工艺流体和气体中的颗粒污染至关重要。PFA树脂可用作过滤器的外壳和配件,特别适用于在半导体行业的强腐蚀性化学品和气体过滤。


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图  滤芯


三、氟聚合物应用:化学品储存、输送


1、储罐、容器内衬


PFA和PTFE 树脂都可以内衬于或直接用于制作储存和输送超纯和腐蚀性化学品储罐和容器。与内部接触部分用氟树脂覆盖,能够维持化学品的纯度。


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2、管路、接头


氟树脂广泛用于半导体制造过程中的各种制造装备,用于输送高纯度的化学品和气体,一般用作从储罐至使用部位的化学品供应管。


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图  软管


半导体用氟树脂管具有优异的耐化学性、耐热性,表面光滑易清洗,氟离子溶解析出少,耐臭氧性优良等特点,可防止管道系统中的超纯且具有腐蚀性化学品被污染。


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图  管件、接头


此外,管表面加入条纹状导电性PFA部分的管具有屏蔽效果,可防止火花放电导致的火灾事故,用于需避免电磁干扰的电子精密机器附近的高纯度化学品及气体移送。


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3、密封圈


氟橡胶具有优异的耐热性和耐化学性能,对化学品的金属溶解析出少,高温环境下也很少释放气体,因此可用做清洗装置、涂料机、显像机、湿式蚀刻装置、过滤装置等设备以及管道、阀门的密封材料,也是氧化、扩散、离子注入、薄膜形成等工序中热处理装置的最佳密封材料。


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根据制程情况以及应用部件要求的不同,需要的密封圈氟橡胶材质性能有所区别。


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图源:霓佳斯


4、泵、阀门衬套


由高纯度PFA 和 PTFE 树脂制成或衬套的配件,以确保关键连接件具有最高完整性,为泵、压力调节器、流量计和阀门提供所需的防污染保护。


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5、排气装置—涂层


半导体制造洁净室的排气管道系统要求严格的防火标准,排气用的通风装置,常使用阻燃性和耐药品性能优越的氟涂料,氟涂层具有优异的防腐性以及表面光滑性,抑制粉末颗粒、污染物的积累。


以上就是小编了解到的半导体中氟聚合物的应用,若还有其他应用,欢迎大家留言补充或者扫码加入群聊,与我们交流。


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