O-rings בציוד חצי מוליכים אינם "חלקים רגילים לסגירה", אלא שכבת עליה של בקרת זיהום תהליך, שמירת ואקום, חלקים תואמים כימית, חומרים נצרבים פלזמה ואיכות ניתנת לעקבה. בתרחישים תעשייתיים רגילים מתמקדים בעיקר בכך שהחלקים לא ידליפו, עמידות לקלקול, עמידות להזדקנות וחיי שירות ארוכים; לעומת זאת, בתרחישים הקשורים לחצי מוליכים יש להוכיח בו זמנית כי הם אינם מזוהמים את הסיליקון, את המגש, את נתיב הגז, את מערכת השחרור על-טהורה של חומרים אורגניים, יונים מתכתיים, מזהמים יוניים, חומר חלקיקי ותוצרי לוואי אחרים של קורוזיה פלזמית, וזהו הסיבה העמוקה למחירים הגבוהים עיגול גומי דרישות.

הסבר של SIA על בקרת זיהום באושיות חצי מוליכים יכול לסכם את הלוגיקה הזו: ממדים של רכיבי המכשיר קטנים והמבנה התלת-ממדי הופך מורכב יותר, מה שגורם לחלקיקים, זרבים או זיהומים מיקרוסקופיים אחרים לגרום לבעיות באימוניות או בשיעור הצלחה; מכשירי חצי מוליכים גם רגישים באופן ברור לחלקיקים, יונים מתכת, כימיקלים, חיידקים ונזקי יונים מרחב, וכדומה – רגישות גבוהה מאוד. סטנדרט SEMI F51 גם מתייחס במיוחד לחוגי אטימה וחוגי O לצורך דיון בהשתחררות גזים, והסיבה היא שסטנדרטים תעשייתיים כלליים כמו ASTM אינם מכסים בצורה מספקת את דרישות הערכת הביצועים, הניקוי והאריזה של חלקים לתעשית האטימה בחצי מוליכים.

1. האופי המיוחד של חוגי ה-O בחצי מוליכים: הם «קרובים מדי» לאזור הפגמים בוויפר

טבעות O בשימוש בציוד למידור חצי מוליכים מופיעות בדרך כלל בשערי תאים, כיסויי תאים, חלונות תצפית, שסתומים צירים, פלנגות ואקום, פתחי זרימת גז/פליטה, מערכות משאבות, ספסלי רטובים, CVD/ALD/PECVD, קיזוז, אש/הסרה ומקומות דומים. הן עלולות ליצור מגע ישיר עם גז עיבוד, פלזמה, חומצות-בסיסים חזקים, מסתנים, מים טהורים במיוחד, וכן עלולות להיות חשופות לטמפרטורות גבוהות, לאוון, לעיוות לחיצה, לשחיקה ולפירוק מחזורי.

זה גורם לאי-תפקוד שלהן לא רק בדרכים פשוטות כגון 'דליפת או שבר'. מסלולי אי-תפקוד נפוצים יותר הם:

משטח החסימה מייצר שחרור זעיר, התאדות, התמוססות, אבקה או זיהום יוני של חלקיקים → יוצר זיהום על פני השבב או על סרט דק → יוצר פגמים של חלקיקים, חריגות חשמליות, דליפת שסתומים, בעיות הדבקה של סרט, קורוזיה/הצטברות לא אחידה → ירידה בשיעור הצלחה או סיכון לאמינות.

התקציר הרשמי של SEMI F51 מדגיש כי הסטנדרט נועד לחלקי החסימה של ציוד ייצור שבבים, ומספק מידע לבחירת חומרי החסימה, הערכת ביצועים, ניקיון, אריזה ועיבוד, כדי להפחית את עלות הבעלות ולהגביר את זמינות הציוד. זה מראה שתחום הבדיקה של טבעות החסימה לשבבים כבר "תרחב" מעבר לחלקים מגומי לכולל את זמינות הציוד, יציבות התהליך ובקרת זיהום.

2. פליטה נמוכה: לא פשוט "חומר נקי", אלא חומר שלא מסוגל לשחרר מולקולות לתהליך

סיכון נמוך של שחרור גזים מציוד למחשוב חצי מוליכים כולל שלוש קטגוריות: הראשונה היא שחרור גזים אמיתי בואקום/בטמפרטורות גבוהות, כלומר חומר נדיף בעל מסה מולקולרית נמוכה מהאלסטומר, מונומר שנותר, תוצר לוואי של צליבת-חוצה, חומרים מתוספים ורטיבות שאושרה משטח החומר; השנייה היא חומרים שמתפרקים או נחלצים לתווך נוזלי, כלומר יונים של מתכות, אנים ו-COT המוצאים ממים על-נקיים (UPW), חומצות, בסיסים או ממסים; השלישית היא תוצרים של פירוק הנגרמים על ידי פעולות תהליך, למשל פלזמה, חומר מחמצן חזק או גזים המכילים אמוניה וחמצן שגורמים לפגם בשטח החומר החותם ויוצרים מזהמים שמגיחים.

מערכות ריק נוהגות להתייחס לתקן ASTM E595 במסגרת בדיקת הפליטה. הסבר של נאס"א על ASTM E595 הוא שדרך זו משמשת למדידת אובדן מסה וחומר מتطاיר שניתן להצטבר מחדש של חומרים בריק. נתוני נאס"א מציינים את הנחיה הראשונית לבדיקת פליטה נמוכה: TML ≤ 1.0% ו-CVCM ≤ 0.10%; אך רעיון הבדיקה הזה מסביר מדוע סביבת הריק דורשת התמקדות בחומר שניתן להצטבר מחדש, ולא רק בשיעור הדליפה.

בשיטה הרטובה, ובתנאי העברת UPW, תקן SEMI F57 רלוונטי יותר ישירות. הסבר של CT Associates על SEMI F57 מראה שתקף זה חל על חומרים פולימריים בעלי טהרה גבוהה וחלקים, עם דגש על זיהום מתכתי, אניאונים וחומר אורגני בתנאי טביעה ישירה ב-UPW; הדגימות נעשות לפי SEMI F40, תוך חילוץ ב-UPW בטמפרטורה של 85° צלזיוס במשך 7 ימים. לוגיקה זו של בדיקות חשובה באותה מידה גם לחישוקים, משום שחלקי החסימה אינם צופים פסיביים, אלא מקורות פוטנציאליים לזיהום במהלך טביעה ממושכת, דחיסה, מחזורי חום ושטיפת מדיה.

3. רמות נמוכות של יונים מתכתיים: החשיבה ברמת ה-ppm כבר אינה מספיקה

זיהום על ידי יוני מתכת הוא אחת הבעיות הקלות לה недоומן בחלקי החסימה לאלקטרוניקה. מקורות המתכת באורינג מגוונים: ממלאים, צבעים, מערכות תוספים, חומרים עזר לעיבוד, פליטת צורה, שאריות מגריסה/תיקון, מים לניקוי, חומרי אריזה, מגע אנושי ושקיעה מסביבה. אפר, ממלאים או שאריות מתכת שמקובלים בגומי תעשייתי רגיל יכולים להפוך למקורות זיהום חשמלי לא מתקבלים בתהליך הקדמי לייצור שבבים.

המאמר של ScienceDirect על "חומרים ליצירת איטום ברמה גבוהה של טהרה לייצור שבבים" מדגיש כי יוני מתכת יכולים לחדור לפולימרים, לחדור דרך הממשק ולפרוץ לעבר הדיפוזיה, וזיהום על ידי מתכות עלול לגרום לפגמים קטלניים; המאמר גם מציין כי בבחירת חומרי האיטום לשבבים יש לשלוט באופן מחמיר בתנאי האיטום ברמה גבוהה של טהרה, דרך תכנון, דחיפה, יציקה, ניקוי ואחסון בתהליך הייצור. נתוני סדרת SEMI F51-1115 של UCT ChemTrace מתייחסים גם לרכיבים שמתפוגגים (leachables), מתכות זרמיות באגף, פליטת גזים (outgassing) ו-COT (כולל פחמן אורגני כולל) כעצמים לניטור עבור טבעות איטום (O-rings) וטבעות איטום מעגליות, ומציגים את ההבדלים בין נתוני הרכיבים שמתפוגגים ונתוני המתכות הזורמיות באגף של טבעות איטום (O-rings) מאותו ספק.

הנקודה המרכזית היא כאן: "שם חומר זהה" אינו שקול ל"רמת יון מתכת זהה." גם אם נקראים באותו השם FFKM, FKM או EPDM, תבניות שונות, ממלאים שונים, מערכות צירוב שונות, עיבוד לאחרי שונה ורקע מתכתי שונה של משלחות שונות עלולים להיות לחלוטין שונים. מה שלקוחות הסקמי-קונדקטור קונים באמת הוא "מערכת תצורה עם זיהום נמוך ביונים מתכתיים + ייצור נקי + נתוני משלחה", ולא שם משפחת החומר.

קטגוריות מפתח של מתכות/יונים שעליהן יש להתמקד בשליטה כוללת:

4. חלקיקים מועטים: החלקיקים על פני שטח החסימה אינם נייחים באופן טבעי — החלקיקים 'מוסרים' בתהליך הייצור

סיכונים של חלקיקים באורינג לאלקטרוניקה כוללים ארבעה מקורות: ראשית, פגמים כמו שוליים, סדקים ופסולת מיקרוסקופית שנשארו בתהליכי יציקה, ייצור, תיקון או עיבוד משני; שנית, חיכוך, גלגול, התעקלות וזיהום בתהליכי הובלה והתקנה שמייצרים חלקיקים חדשים; שלישית, wearing דינמי הנוצר במיקומים המתרחשים בהם פעולות של פתיחה וסגירה, כגון שסתומים של שער, שסתומי סדק, משאבות וחיבורים; רביעית, הקורוזיה על ידי פלזמה או חומרים כימיים, שגורמת לפירוק שטח החומר, לעיבוי שלו או לפקעת פחמן

ISO 14644-1:2015 מסביר שמדידת ניקיון אוויר בחדר נקי מתבצעת על פי צפיפות החלקיקים, וטווח גודל החלקיקים הוא מ-0.1 מיקרומטר עד 5 מיקרומטר; במערכות סמי-קונדקטור לא מתמקדים רק באוויר הנקי, אלא גם בחלקיקים על פני השטח ובחלקיקים בפאזה נוזלית, וכן בתרומה של חלקיקים מהמערכת להובלת גזים; חומרים לפי SEMI SCIS, וכן הסטנדרטים SEMI F114 ו-F115 משמשים למדידת חלקיקים וספירת החלקיקים המושקעים מחדש בסך הכול במערכות אספקת כימיקלים ברמה גבוהה במיוחד (UHP) ובחלקי ציוד לעיבוד לח.

לגבי טבעות O, נמיכות חלקיקים אינה עניין של 'ניקוי אחד וסיימנו'. יש להתחיל כבר בשלב הפורמולציה, להשתמש בכמות מינימלית או בזהירות במילויים רופפים; לייעל את תבנית הזריקה כדי לצמצם פגמים ופגעי עיבוד לאחר הזריקה; לצמצם ניקוי באמצעות מגע; אריזה בחדר נקי; ולאמת את יציאת חלקיקים עקב חיכוך ואת שחרור היונים לאחר ההתקנה.

PARKER מדריך ההתקנה של הרכיבים המוליכים למחצה של 's מחלק את דאגות האלסטומר לפי שלושה סוגי תהליכים: שיקוע פלזמה/גז, חום ורטוב. בתהליך שיקוע פלזמה/גז הדאגות הן קצב החילוח, יצירת חלקיקים וגודל החלקיקים; בתהליך הרטוב הדאגות הן התאימות הכימית והחומר המומס של יונים מתכתיים. זה מדגיש במדויק כי בקרה על חלקיקים באורינג לרכיבים מוליכי-המחסה חייבת להתבסס על סוג התהליך, ולא להשתמש בדרגת ניקיון כללית אחת.

5. עמידות בפני פלזמה: עמידות כימית איננה זהה לעמידות בפני פלזמה

הפלזמה בתוך טכנולוגיות עיבוד יבש של רכיבים מוליכי-המחסה אינה רק 'גז' – היא כוללת יונים, רדיקלים חופשיים, קרינה فوق סגולה, עומס حراري ופגיעות פיזיות, והמנגנון שלה פוגע שונה מזה של נזק כימי נוזלי. נפח יוני חמצן ואחרים יכולים לאוקסיד את מבנה הגומי או לפגוע בו, ויוני פלואור יכול לגרום לשינויים על פני השטח; חומר שמתאר עצמו כ'עמיד בפני נזק כימי' אינו בהכרח עמיד גם בפני פליטה נמוכה (outgassing) ויצירת חלקיקים נמוכה תחת השפעת פלזמה.

התהליכים הפלזמתיים של PPE בחומר מציינים במפורש כי את האתגרים הכימיים והתרמיים של החסימה הפלזמתית קשה להתמודד איתם, ושהחומר המשמש לחסימה במיקום המכריע נדבש בסופו של דבר, ואין חומר חסימה יחיד שמתאים לכל מערכות הכימיה, למיקום הכלים ולסוג המוצר; מדריך החסימות לאלקטרוניקה של Parker מציג גם הוא באופן נפוץ כימיות של פלזמה/הצטברות גז, כולל F, Cl, ClF₃, O₂, CF₄, O₃, SiH₄, C₂F₆, NF₃, WF₆ וכו', ומציג קצב חריטה, יצירת חלקיקים וגודל חלקיקים כנקודות מיקוד טיפוסיות.

לכן, המפתח לשימוש ב-FFKM בתעשיית הלחיצות הוא לא "המחיר הגבוה של FFKM", אלא העובדה שסוגי FFKM מסוימים בעלי ניקיון גבוה מספקים איזון טוב יותר בדרישות הקשות של השפעת חומרים קורוזיביים חזקים, פלואור, וקופסאות ריק, טמפרטורות גבוהות ודרישות נמוכות של זיהום. מאפייני הלחיצות של Trelleborg מתארים את ה-FFKM המתקדם כבעל יציבות גבוהה, ניקיון גבוה, רמות נמוכות במיוחד של מתכות זרומות, ודגישו את יכולתו להפחית את התנגדות הסביבה הנקייה לפלזמה; עם זאת, זה לא אומר ש"כל סוגי ה-FFKM" עומדים באופן אוטומטי בדרישות, אלא שהמתכת המוספת, מערכת הצירוב, עיבוד לאחרי, ניקוי ייצור ובקרת סדרות הן חשובות באותה מידה כמו שם משפחת החומר.

6. אריזה נקייה: הקו האחרון בהגנה מפני זיהום, וגם נקודת אובדן בקרה שכיחה

רבות מהחברות מעריכות רק את בחירת החומר, ומעדיפות להתעלם מהאריזה, האחסון, התחבורה, הפתיחה, האחסון הזמני, ההרכבה בעזרת כלים וההנחיות. אם חומר האריזה עצמו משחרר חומרים אורגניים או סיבים, או אם תהליך החתימה לא נקי בגלל מגע יד, שיקוע של הסביבה או ניקוי לא תקין של האריזה לפני הפתיחה, כל טיפול בחתימות עלול להישמד.

התקציר הרשמי של SEMI F51 כולל במפורש את ניקיון החתימות, מידע על אריזה ותפעול, ובהתאם לכך המטרה היא לשמור על הביצועים הטובים ביותר של חלק החתימה. מיון ניקיון האוויר לפי ISO 14644-1 ניתן ליישום באופן עצמאי למתן הגדרות לחומרי האריזה, לסביבת האריזה ולאריזה כפולה – אך לא לעצמאות של אריזה נקיה.

טבעות O למחשוב מתקדם ברמה גבוהה בדרך כלל אמורות להתייחס לאריזה נקיה כתחום مواصفות, ולא כתכונה פיזית. מומלץ לכתוב זאת כך בגיליון הלבן:

המוצר עובר ניקוי נקי, בדיקת סביבה נקי ואריזה נקית ולאחר מכן משלוח; חומר השק הפנימי והחיצוני עומד בדרישות חלקיקים נמוכים, יונים מתכות נמוכים, אורגני נדלף; לכל יחידת אריזה יש מספר לטי,

7. -היי. עקביות של ערכה: מה לקוחות מוליכים למחצה רוצים הוא "חוזר"

עקביות הלהקה של טבעת O רגילה מתמקדת בדרך כלל במימד, קשיחות, מתיחה, דפורמציה קבועה על ידי דחיסה. טבעות O של מוליכים למחצה צריכות להתמקד גם בקביעות נתוני הזיהום, למשל יון מתכת, TOC, anion, חלקיקים, outgassing ודיוקיות של נתוני הסטות אחרים.

הנתונים של UCT ChemTrace מראים שאם מדובר באוגרים (O-rings), יש להתייחס לתקן SEMI F51-1115 עבור חומרים שמתפערים (leachables), מתכות זרומות, מתכות זרומות בכמויות גדולות, פליטת גזים (outgassing), וכולי – לצורך אישור ומעקב. המשתמש הסופי ישתמש בנתונים אלו בהשוואה לנתונים שהספק מספק, תוך מינוי תהליך יישום מיוחד. כלומר, ספק אוגרים לתחום הסקמי-קונדקטור לא יכול רק לטעון "האצווה הזו עברה את הבדיקות", אלא חייב להוכיח כי "השונות בין אצוות היא בשליטה."

נקודות הבקרה העיקריות לאחידות האצוות כוללות:

8. אפשרות לעקוב אחר המסלול: מהמספר הסדרתי של החישוק לאי-תקינות בתהליך

סיבה אחת לכך שדרישות היכולת לעקוב אחר המסלול אצל לקוחות בידור חצי מוליכים הן גבוהות היא שאי-תקינות הנגרמות על ידי זיהום לרוב אינן מתגלה ברגע ההתקנה. партиית חישוק אחת שאולה יכולה להשפיע על ציוד מסוים, על תא מסוים, על מחזור תחזוקה מסוים (PM) או על פריט וויפר מסוים או פריטים אחרים מסוג זה. אם לא ניתן לעקוב אחר אי-תקינות בוויפר ממקום הציוד, ממספר הסדרתי של החישוק, ממספר הסדרתי של החומר או ממספר הסדרתי של הניקוי – עלות ניתוח התקלות תעלה באופן משמעותי.

נתוני SEMI SCIS מראים שעבודת הסטנדרטיזציה בתעשייה כוללת אימות שניתן לעקוב אחריו, החלפת חלקים, החלפת נתונים וכיוונים נוספים. כלומר, היכולת לעקוב אחר המסלול כבר אינה נטייה איכותית של חברה בודדת, אלא חלק מהכיוון המאוחד של הסטנדרטיזציה בתעשיית חצי המוליכים.

היכולת לעקוב אחר המסלול של חישוקי חצי מוליכים ברמה גבוהה חייבת לכלול לפחות:

9. למה FFKM לעתים קרובות הוא ברירת המחדל במיקום קריטי, אך "FFKM ≠ מיושם באופן אוטומטי"

היתרון של FFKM הוא מבנה מלא פלואור או עשיר מאוד בפלואור שמביא יציבות כימית ותרמית טובה יותר וריאקטיביות נמוכה. מסמכים רקע של SIA על חומרים המכילים PFAS/פלואור מציינים כי ציוד לאלקטרוניקה וחומרים קשורים צריכים להיות אינרטים, טהורים, בעלי יציבות כימית ותרמית רחבה, חיכוך נמוך, תכונות חשמליות ואחרות בשילוב. ביישויות פלזמה, CVD, חיתוך, ALD, כימיה לחה וריק, תכונות אלו אכן הופכות את FFKM בעל ניקיון גבוה לאחת האפשרויות החשובות במיקומים קריטיים לסגירה.

אבל יש להימנע משלושה ngộיות:

ראשית, שם משפחת החומר אינו שקול לדרגת הניקיון. ה־FFKM יכול להיות בדרגת חצי מוליכים, וגם בדרגה תעשייתית רגילה; ההבדל נובע מהרכב, ממלא, מערכת צירוף חוצה, טיהור, עיבוד לאחרי, ניקוי, אריזה ובקרת איכות.

שנית, התנגדות כימית אינה זהה לזיהום נמוך. חומר יכול להתנגד ל־HF, ל־HCl, לפלזמה של O₂ או ל־NF₃, ובכל זאת להכיל כמות יחסית גבוהה של מתכות שמתTRACTות, כמות יחסית גבוהה של חלקיקים שמתפזרים או כמות יחסית גבוהה של ארגנים שמתאדים. ברשימה החומרים של פארקר אכן ניתן לראות שבמשפחה אחת של חומרים לחצי מוליכים מבדילים בין תכונות שונות כגון יצירה נמוכה של חלקיקים, חומרים שניתן למשוך בכמות נמוכה, מתכות שניתן למשוך בכמות נמוכה, קצב אטחת וכו'.

שלישית, קצב אטחה נמוך אינו בהכרח קשור לשחרור חלקיקים נמוך. חומר ממלא מסוים עלול להציג קצב נזק יוני נמוך יותר, אך המילוי או שכבת הידרדרות על פני השטח עלולים לספק חלקיקים; חומרים לא ממולאים מסוימים עלולים לספק פחות חלקיקים, אך באטמוספרה פלזמית מסוימת עמידותם עלולה להיות קצרה. לכן, במקומות קריטיים יש לבחור את החומר בהתאם למערכת הגז, הספק, הטמפרטורה, הלחץ, המרחק ממקור היונים ומחזור התיקון.

10. דרישות לפיצול טבעת O לפי תרחיש ציוד סמי-מוליך

11. מסגרת תקנות אומצה למאמרים לבנים יוקרתיים בתחום הסמי-קונדקטור

מומלץ לשדרג את התקן לחוגי החיבור (O-ring) בתחום הסמי-קונדקטור מה"גיליון תיאור חומר" ל"גיליון תיאור בקרת זיהום". ניתן להגדיר אותו על ידי השדות הבאים:

12. שאלות מפתח שעליכם לשאול בעת ביקורת ספקים

• האם זהו FFKM רגיל, או FFKM מאושר באמצעות בדיקות נמוכות של זיהום בתחום אבזרי החשמל?
• האם ניתן לספק את נתוני יוני המתכת, האניאונים, הגזים הנפלטים והחלקיקים מאותה партиיה?
• האם הבדיקה היא זמינה אחת בלבד, או שמתבצעת מעקב רגיל?
• האם הבדיקה מתבצעת על דגימת חומר, או על טבעת O גמורה?
• האם הבדיקה מתבצעת לפי הסטנדרטים הרלוונטיים של SEMI F57 ל-UPW או להפקת כימיקלים?
• האם בדיקת ההפקה היונית כוללת את הגזים התהליכים האמיתיים, למשל O₂, CF₄, NF₃, Cl₂, HBr?
• האם הניקוי, התחממות והאריזה תחת סביבה נקייה מבוקרת הושלמו?
• האם החומר עצמו עומד באופן טבעי בדרישות נמוכות לחלקיקים, נמוכות לפליטה ולנוזלים מופקים?
• האם השינויים בתכולת החומר, בחומרי הגלם, בניקוי, בחומרי האריזה או בשורה יוצרת מודעים דרך מנגנון PCN?

מסקנות

הדרישות הגבוהות של ציוד סמי-קונדקטור לטבעות O אינן נובעות מכך שהלקוח רוצה "לשלם עבור חומר יקר", אלא מהעובדה שטבעות O נמצאות במפגש בין וקואום, פלזמה, כימיקלים קורוזיביים חזקים, חדר נקי, מבנים ברמה ננומטרית וייצור עם תפוקה גבוהה. ערכן אינו בכך ש"הן מסוגלות לחסום", אלא בכך:

ח sealing אמינה + ריכוז נמוך של משקעים + ללא התפיחות + ללא שחרור חלקיקים + ללא שחרור יונים מתכתיים + עמידה בפני פלזמה + אריזה נקייה + עקביות בין מנות + אפשרות לעקוב אחר המוצא.

לכן, טבעות O לתחום הלחיצים צריכים להיחשף כחלקי צריכה מתקדמים וכבקרת זיהום. הנקודת מבט המרכזית של המסמך הלבן יכולה להיכתב כך:

בציוד לתחום הלחיצים, היכולת התחרותית של טבעות O אינה תלויה במחיר היחידה החומרי, אלא בתוצאה הכוללת של תקציב הזיהום, זמן פעילות התהליך, מחזור התיקון الوقائي, סיכון לירידה בשיעור הצלחה והיכולת לעקוב אחר שרשרת האספקה. FFKM הוא רק כרטיס כניסה; טהרה גבוהה, ריכוז נמוך של משקעים, ריכוז נמוך של חלקיקים, ריכוז נמוך של יונים מתכתיים, עמידות ביונים ומערכת משלוח נקייה הן המחסום המכריע באמת.