HDPCVD 工艺流程中的关键密封件

Clean Room environments to avoid wafer contamination

延长 HDPCVD 工艺流程中关键密封件的寿命

挑战

随着半导体行业不断在 300 毫米晶圆制程领域进行投资,人们关注的焦点都放在流程改进和对制程设备科技上有更高要求。 在 HDPCVD 工艺流程中,弹性体密封材料可能是较弱的一环,因为在预防性维护 (PM) 过程中,需要更换密封件。

对 CVD 平台上密封材料的全面测试显示,通过谨慎地选择密封材料,可以降低污染的潜在风险并延长维修之间的平均间隔 (MTBR)。 全氟醚橡胶 (FFKM) 密封技术近期的突破预示着密封件寿命会得到显著延长,腔室内微粒污染物有减少的可能。

解决方案

IMEC 国际研究中心(比利时勒芬)的一项主要任务就是证实新一代技术(包括其战略合作伙伴的晶圆制程设备原型)的能力(图 1)。 这通过复制行业中的典型加工条件,然后在生产前 3-5 年采用材料和设备来满足预期的生产级需求来进行。 因为工厂中存在着多种“同类”工具,在支持研发需求方面,学习曲线就显得至关重要。

O 型圈密封件的更换十分重要。 一整套 CVD 腔室密封件的成本高达 5000 欧元(大约 7400 美元)。 该组织在其 Centura® Ultima 200 毫米高密度等离子 CVD 平台的上喷嘴、闸门阀以及涡轮和粗加工隔离阀位置测试了多种 FFKM 密封件。

在有磷化氢 (PH3)、氧气 (O2)、硅烷 (SiH4) 和三氧化二氮 (NF3) 等离子清洁气体出现的环境中,两种用在上喷嘴位置的 FFKM O 型圈受到严重的腐蚀。 这些密封件在某些位置还展现出承受高压力的表现是在此应用典型的代表,这可能是由于高温挤出所导致。 在浅沟绝缘 (STI) 和层间介电 (IMD) 沉积应用中,也观察到了类似问题。

采用旧式 FFKM 复合物(常常填充纳米硅或金属氧化物)生产的 O 型圈,如果用在粗加工隔离阀并接触所有这些气体(尤其是 NF3 等离子气体)后,都会出现开裂和变形。 每隔 5000 个晶圆周期,就必须更换这些密封圈。 这意味要着从泵管拆下隔离阀、执行泄漏检查、清理加工工具和关闭腔室,将是一项耗费物料成本、安装时间与人工的昂贵过程。 在闸门阀密封件上也观察到了类似的结果,其中的 O 型圈容易受到机械压力以及严重化学腐蚀的影响。

Kalrez® 半导体 O 型圈

主要优势

Kalrez® 9100 全氟醚橡胶部件在一些最关键的密封位置接受了测试。 最初,在相同加工环境中对这种密封件使用了相同的 5000 个周期。 隔离阀和上喷嘴位置的 9100 密封件外表没有损坏,也没有出现开裂(图 2)。

工程师确定新一代 O 型圈能够经受 10,000 个周期,而且它的寿命有可能进一步延长。 因为无需拿下上喷嘴或拆下隔离阀,所以也无需执行之后的泄漏检查。 根据这些结果,用户预计 CVD 平台中密封件的寿命可以达到过去的两倍甚至三倍。 IMEC 计划首先从 200 毫米生产线开始,将所有位置的 FFKM 密封件都更换为 Kalrez® 9100 密封件。 预计在 300 毫米工具中也会出现类似的结果。