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半導(dǎo)體硅片是半導(dǎo)體制造的核心材料，它的生產(chǎn)加工涉及精密拋光、研磨、蝕刻、清洗等工序，這個(gè)過(guò)程中需要用到一些高純度化學(xué)品，比如氫氟酸（HF）、氯化氫（HCI）、氫氧化鈉（NaOH）等強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，從而對(duì)加工配件、管路輸送儲(chǔ)存的材料提出了耐腐蝕、耐化學(xué)品的超高要求，而氟聚合物是唯一可以容納和運(yùn)輸制造過(guò)程中使用的高純度化學(xué)品的材料，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制造需要的極高穩(wěn)定性和純度。

 

 

硅片生產(chǎn)工藝涉及的部分化學(xué)品

 

氟聚合物在半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，主要分為兩部分：

 

硅片加工過(guò)程中的配件及封裝材料

加工所需化學(xué)品的儲(chǔ)存和輸送

 

 

一、氟聚合物種類、特性及半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

 

1、氟聚合物種類

 

氟聚合物主要有氟塑料、氟橡膠和氟涂料，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（氟橡膠）等。

 

 

2、氟聚合物特性

 

氟聚合物為何如此特殊呢？作為高分子材料的一種，氟聚合物由于具有許多特殊的結(jié)構(gòu)，如氟原子較低的極化率，強(qiáng)的電負(fù)性，C-F鍵能高，因而，氟聚合物呈現(xiàn)出很高的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、耐久性和耐候性，特別是對(duì)許多溶劑、各種酸堿的不活潑性，地可燃性以及低表面能（既不親油也不親水）等。

 

C-F鍵特征和氟聚合物特性

 

C-F鍵特性	氟聚合物特性	使用的物性
C-F鍵能高	主鏈骨架穩(wěn)定	耐熱，耐化學(xué)藥品，耐久，耐候
F原子半徑小	優(yōu)異的表面性能	不粘性，低摩擦性，防水和防腐蝕
氟原子極化率低	優(yōu)良電學(xué)、光學(xué)性	高絕緣，低介電常數(shù)，高透光性

 

3、氟聚合物在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

 

由于半導(dǎo)體尺寸極小，即使最輕微的污染也可能損害其性能，要減少微雜質(zhì)造成的潛在污染或損害，在制造過(guò)程中保持微芯片的清潔至關(guān)重要。半導(dǎo)體制造涉及超高純度化學(xué)品和溶劑，而氟聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，無(wú)雜質(zhì)析出，半導(dǎo)體制造設(shè)備使用氟聚合物來(lái)增強(qiáng)抗腐蝕性，并防止可能引入污染物的浸出。

 

半導(dǎo)體相關(guān)氟材料廠商有：科慕、AGC、索爾維、大金氟化工、霓佳斯、德清科賽、日氟榮等。

 

二、氟聚合物應(yīng)用：硅片加工配件、封裝

 

1、晶片花籃

 

在濕法加工過(guò)程中，將半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行清洗、蝕刻然后再次清洗，以去除蝕刻過(guò)程中積累的光刻膠和殘留物。氟樹(shù)脂具有耐化學(xué)性和高純度，制成的晶圓籃和其他在濕法加工過(guò)程中支撐晶圓的組件，以保護(hù)化學(xué)品和晶圓表面免受雜質(zhì)和污染的影響。

 

2、化學(xué)品貯藏槽、清洗槽

 

半導(dǎo)體制造濕法蝕刻工序的清洗裝置中，清洗晶片時(shí)所用的浴槽和水槽等可由PTFE或PFA制成，避免污染。

 

3、加熱器

 

除發(fā)熱體之外，全部使用氟樹(shù)脂材質(zhì)制成，用于半導(dǎo)體清洗工藝中化學(xué)品的加熱、保溫。

 

4、離型膜

 

ETFE 薄膜具有優(yōu)異的耐熱性、耐化性、不粘性、柔韌性，在半導(dǎo)體的封裝工序中，ETFE薄膜為業(yè)界常用的離型膜。

 

5、發(fā)泡薄片

 

用氟樹(shù)脂PTFE制成的發(fā)泡用具組件，可以通過(guò)向多孔狀PTFE薄片送入空氣，從而產(chǎn)生泡沫，通過(guò)細(xì)小的泡沫可有效地實(shí)施化學(xué)品的攪拌和清洗，用于半導(dǎo)體制造工序中晶片的清洗和化學(xué)品的攪拌。

 

6、過(guò)濾器濾芯

 

PTFE 樹(shù)脂用作高純度過(guò)濾膜，對(duì)去除工藝流體和氣體中的顆粒污染至關(guān)重要。PFA樹(shù)脂可用作過(guò)濾器的外殼和配件，特別適用于在半導(dǎo)體行業(yè)的強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品和氣體過(guò)濾。

 

 

圖  濾芯

 

三、氟聚合物應(yīng)用：化學(xué)品儲(chǔ)存、輸送

 

1、儲(chǔ)罐、容器內(nèi)襯

 

PFA和PTFE 樹(shù)脂都可以內(nèi)襯于或直接用于制作儲(chǔ)存和輸送超純和腐蝕性化學(xué)品儲(chǔ)罐和容器。與內(nèi)部接觸部分用氟樹(shù)脂覆蓋，能夠維持化學(xué)品的純度。

 

 

2、管路、接頭

 

氟樹(shù)脂廣泛用于半導(dǎo)體制造過(guò)程中的各種制造裝備，用于輸送高純度的化學(xué)品和氣體，一般用作從儲(chǔ)罐至使用部位的化學(xué)品供應(yīng)管。

 

半導(dǎo)體用氟樹(shù)脂管具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、耐熱性，表面光滑易清洗，氟離子溶解析出少，耐臭氧性優(yōu)良等特點(diǎn)，可防止管道系統(tǒng)中的超純且具有腐蝕性化學(xué)品被污染。

 

此外，管表面加入條紋狀導(dǎo)電性PFA部分的管具有屏蔽效果，可防止火花放電導(dǎo)致的火災(zāi)事故，用于需避免電磁干擾的電子精密機(jī)器附近的高純度化學(xué)品及氣體移送。

 

 

3、密封圈

 

氟橡膠具有優(yōu)異的耐熱性和耐化學(xué)性能，對(duì)化學(xué)品的金屬溶解析出少，高溫環(huán)境下也很少釋放氣體，因此可用做清洗裝置、涂料機(jī)、顯像機(jī)、濕式蝕刻裝置、過(guò)濾裝置等設(shè)備以及管道、閥門(mén)的密封材料，也是氧化、擴(kuò)散、離子注入、薄膜形成等工序中熱處理裝置的最佳密封材料。

 

根據(jù)制程情況以及應(yīng)用部件要求的不同，需要的密封圈氟橡膠材質(zhì)性能有所區(qū)別。

 

 

圖源：霓佳斯

 

4、泵、閥門(mén)襯套

 

由高純度PFA 和 PTFE 樹(shù)脂制成或襯套的配件，以確保關(guān)鍵連接件具有最高完整性，為泵、壓力調(diào)節(jié)器、流量計(jì)和閥門(mén)提供所需的防污染保護(hù)。

 

 

5、排氣裝置—涂層

 

半導(dǎo)體制造潔凈室的排氣管道系統(tǒng)要求嚴(yán)格的防火標(biāo)準(zhǔn)，排氣用的通風(fēng)裝置，常使用阻燃性和耐藥品性能優(yōu)越的氟涂料，氟涂層具有優(yōu)異的防腐性以及表面光滑性，抑制粉末顆粒、污染物的積累。