O-loði í hálfleiðirannsóknarútbúnaði eru ekki „venjulegar þéttunarbútar“, heldur samsetning af ferlisfyrirbyggju á mengun, viðhald á tómrum rúmum, efnaþolubúta, plasmaeyðilegum hlutum og fullt skráðri gæðaöryggi. Venjulegar iðnaðarsamhengi leggja áherslu aðallega á það að ekkert leki, á móti rosti, á móti aldri og langa notkunartíma; í hálfleiðirannsóknarumhverfi verða þessir hlutar jafnframt að sanna að þeir mengi ekki vefjann, rúmið, gasleiðina, eða frigefja organíska efni, járnjónur, jónamengandi efni, hnit, og önnur plasma-rost-aukaför, og þetta er rótarsakinni á hærra O-hringur kröfur.

Útskýring SIA á stjórnun mengunar í hálfleiðurum getur samanþáttað þessa rökræðu: mælingar á eiginleikum tækis minnka og þrívíddarbyggingar verða flóknari, sem gerir líklegt að litlir hlutar, óhreinindi eða önnur mikilvæg mengunarsvæði valdi vandamálum með áreiðanleika eða útbúð; hálfleiðurstæði eru einnig mjög viðkvæm fyrir litla hluta, járnjónur, efnafræðilegar áhrif, bakteríur og skemmdir vegna rúmfræðilegra jóna o.fl., mjög viðkvæm. SEMI F51 fjallar einnig sérstaklega um O-hringi og þéttunarringe til umfjöllunar um útgufu, því að hefðbundin ASTM- eða almenn iðnaðarstaðlar skila ekki nægilega fullum yfirliti yfir mat á afrekum þéttunaraðalína í hálfleiðurum, hreinsun, pakkanir og önnur kröfur.

1. Sérstök náttúra O-hringa í hálfleiðurum: Þeir eru „of nálægt“ villa-svæðinu á vefnum

O-hringar í hálfleiðistökuutstýri birtast venjulega við herbergisdyr, herbergisloka, athugunarvindu, sprunguslít, tæmiþrýstiflensur, gasinntak/útloka, dælukerfi, vökva-bankann, CVD/ALD/PECVD, etch, ash/strip og svipandi staði. Þeir geta beint snertt framleiðslugösum, plasma, sterka syrur og basa, leysir, útrunna hreina vatn og geta einnig verið undir háum hitastigi, tæmiþrýstingi, þrýstigdeformingu, rúllunarskemmdum og reglulegri afgerð.

Þetta leiðir til þess að mistök þeirra eru ekki einfaldlega „lekkur eða brotning.“ Algengustu mistökinnar leiðirnar eru:

Þéttunarsvæðið myndar minnstu losun, flýgileika, upplausn, dúst eða rúmfræðilega eða íljóssamsetta mengun → myndar mengun á vefjum yfirborði eða þunnri skífu → myndar rúmfræðilegar skekkjur, rafmagnsfrávik, lekk á klappum, óvenjulega festingu á skífu, ójafnaða rof/afsetningu → lækkun á framleiðsluhlutfalli eða áhættu fyrir áreiðanleika.

Opinbertur yfirlýsing SEMI F51 leggur áherslu á það að staðla á þættum í þéttunaraðgerðum fyrir haldaframleiðslu, og veitir upplýsingar um val á þéttunarefnum, metun á afkvæmi, hreinlæti, pakkanir og meðferð til að lægja eigendakostnað og bæta virkni tæknisins. Þetta sýnir að mat á O-hring fyrir haldaframleiðslu hefur þegar „breiðst“ frá gummihlutum til notkunartíma tæknisins, stöðugleika ferlisins og stjórnunar á mengun.

2. Lág útgassing: Ekki „efnið er hreint“, heldur að það geti ekki losnað efnum í ferlið

Lágur útgufugunarskyn á halda í rafrásbúnaði inniheldur þrjá flokka: fyrst er raunvökuútgufun/háhitagufun, þ.e. lágmolekylíska flýgilegu efni elástómera, óbreyttir monómerar, viðbragðsafurðir frá yfirgnæfingu, viðbætur og viðfest síuður raki sem losna í gas; annað er leysanleg efni/dráttarefni úr vökvum miðlum, þ.e. járníon, andíon, og heildarorganskt kolefni (TOC) sem dregið er úr UPW, sýrum, basum eða lausnarmiðlum; þriðja er afurðir af niðurbroti vegna framleiðsluferla, t.d. plönta, sterkur oxídandi efni eða ammóníukoltvísilík efni sem valda yfirborðsskemmdum á þéttunarefnum og framleiða víðfærðar óhreinindi.

Tómruna kerfi vísa oft til ASTM E595 fyrir þessa útgöfuprófunarferli. Skýring NASA á ASTM E595 er að þessi aðferð er notuð til að mæla massatap og endurþétta efnisafskiljanlega efni í tómrúmi. Gegefinn gögn NASA nefna upphaflega leiðbeiningar um lág útgöfuprófun: TML ≤ 1,0 % og CVCM ≤ 0,10 %; en þessi prófunarhugmynd skýrir af hverju tómrunaumhverfi þarf að einbeita sér að 'endurþétta efni', ekki aðeins við lekaflæði.

Í vökru aðferðinni, við UPW flutningsskilyrði, er SEMI F57 beitilegri beint. Skýring CT Associates á SEMI F57 segir að þessi tilvísun gildi fyrir háþrein efnafræðileg efni og hluti, með áherslum á UPW inní línu dýpð í metali, anjónum og líffræðilegum saurnunarefnum; prufur eru teknar samkvæmt SEMI F40 með 85°C UPW dýpð í 7 daga. Þessi gerð prófunarhugsunar er jafn mikilvæg fyrir O-hringi, því þéttunardeilar eru ekki óvirkt áhorfanda, heldur mögulegur uppruni saurnunar í langtíma dýpð, þéttingu, hitastigaskiptum og flæði með efni.

3. Lágur innihaldur af metallíons: Hugmyndin um ppm-stig er nú þegar ekki nóg

Upphaflegur metallsáttur er ein af þeim auðveldustu vandamálunum sem hægt er að undirmeta í þéttunardeilum fyrir hálfleiðara. Upphaflegur metallsáttur í O-hringjum er margföldur: fyllingarefni, litandi efni, viðbótarefni, hjálparefni við framleiðslu, moldaflæði, rúst eða skammbyrjun frá slípningu/viðgerð, hreinsivatn, pakkanarefni, samskipti mannsins og umhverfisþroski. Venjuleg iðnaðarráðsgræðsla, fyllingarefni eða metallsáttur sem eru samþykkt í venjulegri iðnaði gætu allur verið ósamþykktar rætur á rökkun í framendaferli hálfleiðara.

Grein á ScienceDirect um „Lyfjum með háa hreinind í vélbúnaðarsamhengi fyrir framleiðslu hálfleiðara“ bendir á að metallíónar geti þurft í pólýmer, viðskiptasvæði og dreifst út frá þeim, og að mengun með metalli geti leitt til „dauða-villa“; greinin bendir einnig á að val á lyfjum fyrir hálfleiðara þurfi að vera mjög nákvæmt til að tryggja háa hreinind í lyfjunum með stillingu, útdrætti, myndun, hreinsun og pakkanir og framleiðslu. Gögn UCT ChemTrace SEMI F51-1115-raðar taka einnig til greina lekandi efni, mikil fölgn af spormetöllum í rúmgegnum efni, útgöngu gassa og heildarfrumefni (TOC) sem eftirlitshólf fyrir O-hringa og lyfjurings, og gefa upp mun á lekandi efnum og spormetöllum í rúmgegnum efni hjá sama aðilum fyrir O-hringa.

Lykilatriðið er hér: „sama efnaverð“ jafngildir ekki „sama metaliónumyndun.“ Jafnvel þó að efni sé kallað sama FFKM, FKM eða EPDM geta mismunandi samsetning, mismunandi fyllimynd, mismunandi yfirferðarkerfi, mismunandi eftirvinnsla og mismunandi bakgrunnur á metaliónum í hverri röð verið alveg ólík. Það sem viðskiptavinir í hálfleiðaraframleiðslu raunverulega kaupa er „kerfi með lágan metaliónumyndun + hrein framleiðsla + gögn um röð“, ekki nafn á efnaætt.

Lykiltegundir metalla/íona sem þarf að stjórna innihaldi þeirra eru:

4. Lágur fjöldi hvernig: Hverfusvæði lokaþátts eru ekki náttúrulega staðstöðug – hvernig verða „framleidd út“

Hvernigáhættu í halsskáku fyrir hálfleiðara er af fjórum upprunum: fyrst, burr, sprungur, mikro-skrap sem eftir eru eftir myndun, hönnun, viðgerð og aukavinnslu; annað, friðjun, drag, snúningur og saumaður frá flutningi og uppsetningu valda nýjum hvernig; þriðja, dýnamísk slíðrun á staðsetningum þar sem hlutir eru opnir og lokaðir, eins og gáttarmyndir, slitmyndir, pumpur og flensar; fjórða, eldsneytis- eða efnaáhrif, eins og rost, yfirborðsdeyfing, grófun eða kolefnun o.fl.

ISO 14644-1:2015 skýrir að hreinrúmsloftsklæran er flokkuð eftir þéttleika rafmagnsþáttanna; stærðarsvið þáttanna nær frá 0,1 μm til 5 μm; í hálfleiðarhringum er ekki bara litið á loftþáttana í hreinum rúmum heldur einnig á yfirborðsþáttana og þáttana í vökvafasum og gasskipulagsskerfum; SEMI SCIS efni, SEMI F114 og F115 eru notað til að mæla þáttana og heildarfjölda endurafsettra þátta í UHP efnaflutningsskerfum og yfirborðum hluta af vökvafræðilegum tæknitækjum, sem sýnir að hálfleiðarhringatæknivinnan hefur tekið „sjálfgefinn þáttahóp/organískt efni hluta“ sem kerfisstigsmál.

Fyrir O-hringa er lágur þáttahópur ekki eitthvað sem er 'hreinsað einu sinni og klárað'; verður að byrja í sameindasetningunni, nota minna af lausu fyllimagni eða nota það með athygli; bæta myndformi, minnka útskurð og skemmdir við eftirvinnslu; nota minna af hreinsun með beinum snertingu; pakka í hreinrúmi; og staðfesta að friðjudragaþáttar og jónafsláttur séu í lagi eftir uppsetningu.

Parker leiðbeiningar fyrir hálfleiðurinnstallanir BYD skipta umhugsunum um elástómer með tilliti til plösmu-/gasafsetningar, hitaprófanna og vetrarferlanna í þrjá gerðir af ferlum; plösmu-/gasafsetningarskynjun hefur áhrif á etch-hraða, framleiðslu deilisviða og stærð deilisviða, en vetrarferlar hafa áhrif á efnaþol og útdrátt metallíona. Þetta sýnir nákvæmlega að deilisviðastýring fyrir O-hringa í hálfleiðurum verður að vera byggð á ferli, ekki á einu almennum hreinlætisstigi.

5. Plösmuþol: Efnaþol er ekki jafngilt plösmuþoli

Plösmun innan þurrra ferla í hálfleiðutækni er ekki bara „gas“, heldur inniheldur hana jónar, frjálsar radíkalar, UV-geisla, hitabelastu og líkamlega árekstur, og skaðavirkni hennar er önnur en við vatnsbundna efnaþol. Súrefni og aðrar jónasvæði geta oxíðað/eytt rubber-skelettinu, en flúorinnihaldandi jónar geta valdið yfirborðsbreytingum; efnaþol gegn vatnsbundnum efnum þýðir ekki nauðsynlega að efnið sé þolustuðugt fyrir lág útgufun og lág deilisviða undir plösmu.

Plasmaferliðir PPE sem vinna með efni benda á því skýrt að efni sem notað er til plasmaþéttunar stendur frammi fyrir alvarlegum efna- og hitavandamálum; þéttunarefni í lykilstaðsetningum mun allt endanlega brotna með tímanum, og engin eina þéttunarefni er viðeigandi fyrir öll efnasamsetningar, tæknistaðsetningar og vöruflokkar; leiðbeiningar Parkers fyrir þéttun í hálfleiðurum telja einnig upp efna- og gasafsetningarefnafræði fyrir plasma, svo sem F, Cl, ClF₃, O₂, CF₄, O₃, SiH₄, C₂F₆, NF₃, WF₆ o.fl., og telja upp hraða etching, myndun röskuldanna og stærð röskuldanna sem venjulegar áherslupunktar.

Því miður er lykillinn við notkun FFKM í hálfleiðurum ekki „FFKM er dýrt“, heldur að ákveðnar hárhreinar FFKM-samsetningar veita betri jafnvægi við þarfirnar um sterka eyðileggingu, flúor, tómarúm, háa hitastig og lágan mengun. Eiginleikar Trelleborg fyrir hálfleiður lýsa framsækktum FFKM sem mjög stöðugum, mjög hreinum, með mjög lágan metalafturkomu og leggja áherslu á minnkun plösumótstöðu í hárhreinum umhverfi, en það þýðir ekki að „allt FFKM“ sé sjálfgefið viðeigandi; fyllimynd, yfirferðarkerfi, eftirvinnsla, hreinsun, framleiðslu- og skiptastjórn eru jafn mikilvæg sem nafnið á efniheildinni.

6. Hrein pakkun: Síðasta varnarlínan gegn mengun, en einnig algengur staður þar sem stjórn er misnotuð

Margir fyrirtæki meta aðeins efni, en hunsa pakkað, geymslu, flutning, opnun, tímabundna geymslu, verkfæri og handvirkna samsetningu og önnur þætti. Ef sjálf pakkaðarefnið losnar lífræn efni, frumur eða umhverfisþættir, eða ef óhrein viðskiptaferli við festingarstöðu er saumað af hendur, loftslagsþættum eða óréttum hreinsun áður en pakkað er opnað, geta allar festingaraðgerðir verið ógagnlegar.

Opinber yfirlýsing SEMI F51 inniheldur skýrlega upplýsingar um hreinlæti festinga, pakkað og meðhöndlun, með markmiði að halda festingardeilum í bestu ástandi. Loftþætthæðarflokkun ISO 14644-1 er viðeigandi til að skilgreina pakkaðarefni, pakkaðarumhverfi og tvöfalda pakkað sjálft, en ekki sjálfstæði hreinra pakkaða.

Háþróaðar rúndhringir fyrir háþróaða hálfleiðara ættu venjulega að taka hreint pakkað sem skilgreiningu á skilyrðum, ekki sem eiginleika efnis. Mælt er með því að skrifa þetta á hvítan pappír á eftirfarandi hátt:

Vörur ferðast í gegnum hreinlætisferli, skoðun í hreinum umhverfi og hreina pakkanir áður en þær eru sendar; innri og ytri pokaefni uppfylla kröfur um lágan fjölda hreininda, lágan fjölda metallíona og lágan fjölda organíska flýgandi efna; hver pakkanheit hefur seríanúmer, efni, stærð, hreinlætisseríu, staða skoðunar og auðkenni fyrir aðeins eftirlætanlegar upplýsingar.

7. Samhæfni seríu: Það sem viðskiptavinir í hálfleiðistöðvum vilja er „endurtækt“

Samhæfni venjulegra O-hringa í seríum hefur oftast miðstöðu á mælingum, stífleika, tölu, samþrýmingarvaranlegri afvöxt og öðrum svipuðum eiginleikum. O-hringar fyrir hálfleiðistöðvar þurfa einnig að hafa samhæfni í upplýsingum um óhreinindi, t.d. fjöldi metallíona, heildarfrumefna (TOC), anjóna, hreininda, útgöngu efna (outgassing) og annarra gögnasamhæfnis í seríum.

Gögn UCT ChemTrace sýna að O-hringur getur vísað til SEMI F51-1115 fyrir leysanleg efni, sporþungmetala, bulk-sporþungmetala, útgöngu (outgassing), heildarorganskt kolefni (TOC) o.s.frv. til staðfestingar og umferðarskráningar, og endanotandi mun nota þessi gögn í samanburði við aðila og tilgreindan sérstakan ferlaforritunaraðila. Þetta þýðir að aðili sem framleiðir O-hringa fyrir hálfleiðistöðvar ekki getur bara fullyrt að 'þessi laggur féll gegnum prófunina', heldur verður hann að geta sannað að 'laggursveifla er stjórnuð'.

Aðalstýringarpunktar fyrir laggsamhæfni eru:

8. Sporbarleiki: Frá batch-númeri O-hringja til ferlisvilla

Ein af ástæðum fyrir háum kröfum viðsporunar í háþróaðum hálfleiðurinnviðum er að óhreininda villur koma oft ekki í ljós í tengingarástundinni. Eitt bundið hlutabatch gæti áhrifað ákveðið tæki, ákveðið rými, ákveðna PM-ferð eða ákveðið wafer-batch eða svipavisa batch-gerðar stikla. Ef ekki er hægt að rekja wafer-villuna til baka frá staðsetningu tækis, bundi hluta, efna-batch og hreinsunarnúmeri eða svipuðu, mun kostnaður við villa greiningu miklu aukast.

SEMI SCIS gögn sýna að starfsemi í atvinnulífinu til að standa undir almennum staðlaðum reglum felur í sér sporaða staðfestingu, skipti hluta, skipti gagna og önnur átt. Þetta þýðir að sporaður ferli hefur nú þegar ekki verið einungis fyrirtækjaskilgreindur gæðastefnur en hluti af almennum staðlaðum áttum í hálfleiðurinnviðum.

Sporskráning á háþróaðum hálfleiðurinnviðum O-hringjum ætti að innihalda að minnsta kosti:

9. Hvers vegna FFKM er oft sjálfgefið val fyrir lykilstaða, en „FFKM ≠ sjálfkrafa samþykkt“

FFKM hefur ávinning af fullri flúor eða mjög flúorhaldandi sameindagerð sem gefur betri efnafræðilega stöðugleika, hitastöðugleika og lágri endursamrun. Bakgrunnsmat SIA um PFAS/flúorhaldandi efni segir að tæki fyrir hálfleiður og tengd efni þurfi óvirkt eðli, hreinindi, víðtæka efnafræðilega og hitastöðugleika, lágan röðun, rafsegullegar eiginleika og aðrar sameinaðar eiginleika. Í plösum, CVD, etch, ALD, vötnuðum efnum og vacuumskjölum eru þessir eiginleikar raunverulega það sem gerir hárhreint FFKM að mikilvægu vali fyrir lykilloka staðsetningar.

En það verður að forðast þrjú misleitandi hugmyndir:

Fyrst, nafn efnamyndar er ekki jafngilt hreinindargráðu. FFKM getur verið af háskvala sem hálfleiðara, en einnig af venjulegri iðnaðarstofn; munurinn kemur fram í samsetningu, fyllimyndum, yfirbrúunarkerfi, hreinsun, eftirvinnslu, hreinsun, pakkanir og skoðun.

Annar, efnaþol er ekki jafngilt lágri mengun. Efni getur verið þolandi gegn HF, HCl, O₂-plösum eða NF₃, en samt hafa tiltölulega hága metalekstrakt, tiltölulega hága frálgun depliða eða tiltölulega hága frálgun lífrænnar efna. Í efna listanum hjá Parker má sjá að sama fjölskyldan af háskvala efnum fyrir hálfleiðara er skilgreind með mismunandi eiginleikum eins og lág frálgun depliða, lágir ekstraktar, metalekstraktar, etch rate o.s.frv.

Þriðji, lág eyðingarátt er ekki endilega jafngilt lágri frálgun depliða. Sumar fyllimisefni geta haft lægra hraða á jónaeyðingu, en fyllimið eða yfirborðsdegráðunarskikt getur gefið frá sér rönd; rönd frá sumum ófylltum efnum geta verið færri, en í sumum plösum getur líftími þeirra ekki verið lengsti. Því miður verður að velja efni fyrir lykilstaðsetningar í samræmi við ferlið, gaskerfið, afl, hitastig, þrýsting, fjarlægð frá jónakeldi og PM-feril.

10. Skipting á O-hringjum eftir viðkomandi vettvangi í hálfleiðitæknibúnaði

11. Skilgreiningarrammi samþykktur fyrir háþróaðar hálfleiðarafræði hvítar greinar

Ákveðið er að uppfæra skilgreiningu á hálfleiðarafræði O-hring frá „efni-skilgreiningarskjöldum“ yfir í „skilgreiningarskjöl um mengunarstjórnun“. Getur verið sett upp með eftirfarandi reitum:

12. Lykilspurningar sem ættu að vera settar við mat á aðila sem selja vörur

• Er þetta venjuleg FFKM eða FFKM sem hefur verið staðfest með lágri mengunaprófun fyrir hálfleiðara?
• Getu gögn um járníona, anjónur, útgöngu lofttegunda og deilur fyrir sama bath gefin?
• Er prófun einu sinni viðurkenning eða regluleg ávallar?
• Er prófun á efni eða fullgerðum O-hring?
• Er prófað samkvæmt viðeigandi staðlum SEMI F57 fyrir UPW eða efnaútþrýsting?
• Innifelur jónaútþrýstingarprófun raunverulegar ferlisgasar, t.d. O₂, CF₄, NF₃, Cl₂, HBr?
• Eru hreinsun, steikun og pakkanir í stjórnuðum hreinum umhverfi lokið?
• Er efnið sjálft með lágu þátttöku af röndum, lágu útgöngu á gæsir og lágu útþrýstingi innbyggt viðurkent?
• Er tilkynnt um breytingar á samsetningu, grunnefni, hreinsun, pakkanarefni eða framleiðslulínu með PCN kerfinu?

Ályktun

Háir kröfur hálfleiðaraframleiðsluutvarpsins fyrir O-hringa eru ekki vegna þess að viðskiptavinur vill „greiða fyrir dýrum efnum“, heldur vegna þess að O-hringar eru á skurðpunktinum á milli tómru, plasma, sterks áhrifanna efnasamansetninga, hreinrúma, nánóstigssamstæða og framleiðslu með háum framleiðsluhlutfalli. Gildi þeirra er ekki í „getu að þétta“, heldur í:

Þéttun áreiðanleg + lágur útflæðingarhlutfall + ekki útdeildar gasmyndanir + ekki losnir litlir hlutir + ekki losnir málmtornar + ástandið er áhrifalaust á plösmu + hrein pakkun + samhverf viðskiptaferli + aðgangur að uppruna.

Því miður ættu O-hringir fyrir hálfleiður að vera skoðaðir sem framúrskarandi ferlisviðbætur og hlutar til stjórnunar á mengun. Aðalstefnuskipulagsins í hvítar bókarinnar má rita svona:

Í tæknihluta fyrir hálfleiður er keppnishæfni O-hringa ekki verð á efni einum, heldur heildarsamantekt á mengunarbudgetti, virkni ferlisins, PM-ferli, hættu á lágnun á framleiðslu og möguleika á að rekja birtingu í birfisvinnslu. FFKM er aðeins inngangurinn; hár hreinleiki, lágur útflæðingarhlutfall, lágur litill hlutur, lágur málmtornahlutfall, áhrifalaust á jónasplösmu og hrein afhendingarkerfi eru raunverulega ákveðandi hindranir.