洁净材料在腐蚀性湿电子化学品生产中的应用.pdf
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1、硫酸工业Sulphuric Acid Industry第 3 期2023 年 6 月No.3Jun.2023洁净材料在腐蚀性湿电子化学品生产中的应用邱祥海(中国石化集团南京化学工业有限公司,江苏南京 210048)摘要:半导体加工和制程技术的进步对其配套原料的品质提出了更高要求。为获得纯度更高的湿电子化学品,洁净材料的选择至关重要。从生产核心区域和公用工程区域两部分介绍了洁净材料在腐蚀性湿电子化学品中的选择和应用,其中生产核心区域主要采用含氟聚合物,包含聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、偏氟乙烯均聚物(PVDF)等;公用工程区域主要采用不锈钢和工程塑料。关键词:洁净材料含氟聚
2、合物湿电子化学品应用中图分类号:TQ421.2+3 文献标志码:A 文章编号:1002-1507(2023)03-0004-03Application of clean materials in the production of corrosive wet electronic chemicalsQIU Xianghai(SINOPEC Nanjing Chemical Industries Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu,210048,China)Abstract:The advancement of semiconductor processing and proces
3、s technology has put forward higher requirements for the quality of its supporting raw materials.The selection of clean materials is crucial for obtaining higher purity wet electronic chemicals.The selection and application of clean materials in corrosive wet electronic chemicals from two parts:the
4、production core area and the public engineering area are introduced.The production core area mainly uses fluoropolymers,including polytetrafluoroethylene(PTFE),fusible polytetrafluoroethylene(PFA),and vinylidene fluoride homopolymer(PVDF).The public engineering area mainly uses stainless steel and e
5、ngineering plastics.Key words:clean materials;fluorinated polymers;wet electronic chemicals;applications半导体内部电路尺寸极小,任何微小的异物(粒子或金属离子)混入影响都是致命的。减少微量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。湿电子化学品是半导体制造过程中用量最大的产品,应用领域涉及精密抛光、研磨、刻蚀、清洗等工序。为达到上述工艺要求,湿电子化学品大多具有较强的腐蚀性,如硫酸、盐酸、硝酸和氨水等。湿电子化学品的性质对加工配件、管路输送储存的材料提出了超高的要求,如耐
6、腐蚀、异物溶出少等。根据洁净度要求等级的不同,可将湿电子化学品生产线分为两部分,即生产核心区域与公用工程区域。生产核心区域的材料与产品直接接触,要求收稿日期:2023-03-02。作者简介:邱祥海,男,中国石化集团南京化学工业有限公司总经理助理,工程师,主要从事企业管理工作。电话:025-57765136;E-mail:。具有较好的耐腐蚀性和极低的异物溶出率。含氟聚合物因其较低的极化率、较小的范德华半径和最强的负电性而具有优异的耐热性、耐腐蚀性、耐候性、低摩擦性、超强的抗氧化性,非常适用于与产品直接接触的工序;公用工程区域的材料不与产品直接接触,主要用于运输存储配套的气体、水、原料和副产品等,
7、由于对洁净度的要求降低,可选择不锈钢与工程塑料,这些材料抗腐蚀性好,可在温差较5大、骤冷骤热的条件下使用。1含氟聚合物含氟聚合物的单体种类繁多、结构各异,主要包括氟树脂和氟橡胶两大类1。氟树脂是指高分子主链或侧链中具有与碳原子直接共价相连的氟原子的树脂聚合物。与其他高分子材料相比,氟树脂不仅耐热性和耐候性良好,还具有不黏性和自润滑性。氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上连接氟原子的高分子弹性体,美国杜邦公司于 1948 年率先开发成功并进行了商业化应用。与其他橡胶相比,氟橡胶因结构中存在氟元素而具有耐高温、耐燃油、耐化学介质和低渗透性等优异性能,被广泛用于现代航空、火箭、导弹、舰艇、原子能和半导体等
8、产业。目前,半导体用氟聚合物的供应厂商主要有索尔维化工有限公司、大金氟化工有限公司、科慕公司、浙江德清科赛塑料制品有限公司和日氟荣高分子材料(上海)有限公司等。1.1聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTFE)是四氟乙烯的均聚物,其耐化学介质性能优良,电气绝缘性能佳,摩擦系数较低,可以在 260 高温条件下连续使用,是氟树脂中热稳定性最好的聚合物之一。半导体制造过程会涉及多种湿法工序,需要使用多种化学溶剂和腐蚀性酸清洗晶片表面或除去残留的光刻胶等。半导体制造过程面临的最大挑战是对杂质的控制,特别是在先进的半导体制造设备中,有的元件几何尺寸量级达到 10 nm 级,甚至 7 nm 级或更小,电子元件越小,结
9、构越复杂,对于杂质粒子和化学物污染的控制要求就越苛刻,如晶圆清洗、刻蚀等工序必须采用超高纯度具有强腐蚀性的化学品和溶剂。因此,管道、泵阀、化学品储槽和清洗槽等接触介质的部件选用 PTFE 材质,形成一个无缝的保护涂层,可减少制造过程中杂质的析出,减少高腐蚀性化学品对洁净组件的污染,延长部件的使用寿命。将 PTFE 乳液与纺丝助剂混合形成纺丝液,通过静电纺丝的方式可制得纳米聚四氟乙烯薄膜,再将纳米聚四氟乙烯薄膜镀在金属、陶瓷、塑料、纸张、布匹等材料上。纳米聚四氟乙烯薄膜的厚度可从几十纳米到几十微米,不仅拥有普通聚四氟乙烯材质的所有优良性能,包括超低表面能、润滑性、绝缘性、耐腐蚀性等,且可超级疏水
10、,接触角高达162,表面自洁性能优异。同时,该薄膜不黏性能优异,不粘连各种塑料、硅胶、环氧树脂、粉屑等。纳米聚四氟乙烯薄膜还具有透明效果,介电常数超低,具有封闭阻隔保护的优良性能。1.2可溶性聚四氟乙烯可溶性聚四氟乙烯(PFA)是在 PTFE 的基础上进行了烷氧基的修饰,增加了聚合物的柔韧性,熔点稍有降低。虽然 PTFE 和 PFA 都是高纯度聚合材料,对腐蚀性化学品和严苛环境都具有优异的抵抗力,且由于其扩散系数低而成为出色的阻挡材料,但在这两种材料中,PFA 更不易受到污染,因而更适合用于亚 10 nm 制程中接触液体的部件。PTFE 和 PFA 分子结构和性能相似,但两者加工方式有所不同,
11、PFA 的加工工艺比 PTFE 的加工工艺成本更高。由于 PTFE 熔体黏度高,在加热时,其分子结构将阻止材料流动,因此 PTFE 通常使用多工序加工方式。首先,将粉末状的 PTFE 树脂倒入模具中,在高压下压缩,这些前道工序本身有将污染物引入 PTFE 原料的风险;然后,烧结 PTFE棒料,根据块体的形状和尺寸完成自适应冷却工序;最后,PTFE 棒料被加工成合适的形状,这是另一个存在污染风险的工序。如 PTFE 棒料采用干法加工,则引入污染物的风险相对较低;相反,如PTFE 棒料采用湿法加工,污染的风险将增加。相比之下,PFA 的分子结构允许熔融加工,因此 PFA 可通过注塑成型等传统的单一
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