ตัวแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์รองรับการกัดแบบเปียกของซิลิคอนไนไตรด์และออกไซด์ใน Fabs ได้อย่างไร

ในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ มีการใช้เคมีคลาสสิกสองชนิดสำหรับการกัดแบบเปียก ได้แก่ กรดฟอสฟอริกร้อนเพื่อลอกซิลิคอนไนไตรด์ และกรดไฮโดรฟลูออริกเพื่อกัดซิลิคอนออกไซด์ ทั้งสองมีความก้าวร้าวมากโดยต้องใช้วัสดุแลกเปลี่ยนความร้อนที่ไม่กัดกร่อนหรือก่อให้เกิดมลพิษ

เทคนิคการกัดแบบเปียก
การกัดแบบเปียกเป็นกระบวนการที่ใช้ในการคัดแยกวัสดุออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ สารกัดกร่อนทั่วไปสองชนิดที่ใช้ในม้านั่งเปียก fab fab ได้แก่ กรดฟอสฟอริก (H3PO4) สำหรับการกัดกรดซิลิคอนไนไตรด์ และกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) สำหรับการกัดกรดซิลิคอนออกไซด์ กรดทั้งสองมีความลุกลามสูงและต้องการตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่สามารถต้านทานการกัดกร่อนได้

การกำจัดไนไตรด์ด้วยการกัดกรดฟอสฟอริก
การแกะสลัก Si3N4 โดยทั่วไปจะใช้กรดฟอสฟอริกที่ความเข้มข้น 85% และให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 150-180 องศา อุณหภูมิสูงและลักษณะที่รุนแรงของกรดมักนำไปสู่ข้อกำหนดเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยน PFA (เปอร์ฟลูออโรอัลคอกซี) Polytetrafluoroethylene (PTFE) ทนทานต่อกรดฟอสฟอริก แต่พิกัดอุณหภูมิสูงสุดคือ 110C จึงไม่เหมาะกับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงนี้ อย่างไรก็ตาม ตัวแลกเปลี่ยน PFA อาจทำงานอย่างต่อเนื่องที่ขีดจำกัดอุณหภูมิที่สูงขึ้นที่ ~ 260 องศา และดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการจัดการกรดฟอสฟอริกร้อนโดยไม่เสื่อมสภาพ

การกัดกรดไฮโดรฟลูออริกสำหรับการลอกออกไซด์
โดยทั่วไปการกัด HF จะดำเนินการที่อุณหภูมิแวดล้อมหรือที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงขึ้น PTFE และ PFA เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการ HF PTFE ถูกใช้บ่อยกว่าเนื่องจากมีราคาถูกกว่าและให้ความต้านทานเพียงพอที่อุณหภูมิต่ำกว่า ปัญหาหลักของการกัดด้วย HF ไม่ใช่อุณหภูมิ แต่เป็นความสามารถของวัสดุในการต้านทานความก้าวร้าวของ HF ทั้ง PTFE และ PFA ค่อนข้างทนทานต่อ HF ซึ่งหมายความว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะไม่ได้รับความเสียหายและจะไม่ปนเปื้อนในกระบวนการแกะสลัก

ประโยชน์ของฟลูออโรโพลีเมอร์
นอกจากนี้ PTFE และ PFA ยังดีเยี่ยมสำหรับทั้งกรดฟอสฟอริกและกรดไฮโดรฟลูออริก และด้วยเหตุนี้จึงขาดไม่ได้สำหรับขั้นตอนการกัดเซมิคอนดักเตอร์ การใช้วัสดุเหล่านี้ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์สำหรับการกัดซิลิคอนไนไตรด์และออกไซด์มีข้อดีที่สำคัญหลายประการ:

ความต้านทานการกัดกร่อน: PFA และ PTFE มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดฟอสฟอริกร้อนและ HF โดยสิ้นเชิง เครื่องแลกเปลี่ยนโลหะจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการปนเปื้อนและข้อบกพร่องของแผ่นเวเฟอร์ที่อาจเกิดขึ้นได้

การปนเปื้อน-การทำงานฟรี: ฟลูออโรโพลีเมอร์เป็นสารเฉื่อยและไม่ปล่อยไอออนไปยังสารละลาย ดังนั้นจึงทำให้กระบวนการกัดกรดสะอาดและมั่นคง การปนเปื้อนเล็กน้อยจากโลหะอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรง ทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์เหมาะสำหรับการกัดซิลิคอนไนไตรด์และออกไซด์

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์ควบคุมอุณหภูมิได้อย่างเสถียรจะรักษาเสถียรภาพของอุณหภูมิเพื่อให้อัตราการกัดเซาะสม่ำเสมอ การควบคุมอุณหภูมินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับรองการแกะสลักที่เป็นเนื้อเดียวกันทั่วทั้งแผ่นเวเฟอร์ และเพื่อรักษาความแม่นยำของกระบวนการ

การเลือกวัสดุสำหรับการกัดเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป
ช่วงอุณหภูมิ Etchant วัสดุแลกเปลี่ยนความร้อนที่แนะนำ
กรดฟอสฟอริก (85%) 150-180 องศา PFA
กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) อุณหภูมิห้อง PTFE, PFA
กรดไนตริก (HNO3) อุณหภูมิห้อง PTFE, PFA
บทสรุป
การกัดแบบเปียกที่ปราศจากการปนเปื้อน-และแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์ โดยเฉพาะ PTFE และ PFA เป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการนี้ มีความทนทานต่อกรดฟอสฟอริกร้อนและกรดไฮโดรฟลูออริกมากกว่า ช่วยให้อุณหภูมิกระบวนการคงที่และไม่มีการปนเปื้อนของโลหะ วัสดุตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการคัดเลือกโดยพิจารณาจากความก้าวร้าวทางเคมีของสารกัดกร่อนและข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของกระบวนการ ตัวแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการกัดไนไตรด์และออกไซด์