O-slēdziņi semikonduktoru aprīkojumā nav „parastas blīvējuma daļas“, bet gan procesa piesārņojuma kontroles, vakuumu uzturēšanas, ķīmiski saderīgu daļu, plazmas patēriņa preču un izsekojamas kvalitātes kombinācija. Parastos rūpnieciskos scenārijus galvenokārt interesē noplūdes novēršana, korozijas izturība, vecuma izturība un ilgs kalpošanas laiks; semikonduktoru scenārijos jāpierāda, ka tie ne piesārņo čipu, kameru, gaisa cauruli, ārkārtīgi tīru sistēmu, kas izdala organiskās vielas, metālu jonus, jonu piesārņotājus, daļiņas un citus plazmas korozijas sadalīšanās produktus, un tieši šis ir augstās cenas pamatmotīvs O-rings prasībām.

SIA skaidrojums par pusvadītāju piesārņojuma kontroli var apkopot šo loģiku: ierīču funkciju izmēri samazinās un 3D struktūras kļūst sarežģītākas, tādējādi daļiņas, piemaisījumi vai citi mikropiesārņotāji var izraisīt uzticamības vai ražības problēmas; pusvadītāju ierīces arī ir ļoti jutīgas pret daļiņām, metālu joniem, ķīmiskajām vielām, baktērijām un kosmosa jonu bojājumiem utt. SEMI F51 arī īpaši koncentrējas uz O gredzeniem un blīvēšanas gredzeniem attiecībā uz izdalīšanos, jo tradicionālie ASTM vai vispārindustriālie standarti nepietiekami pilnīgi aptver pusvadītāju blīvēšanas daļu veiktspējas novērtēšanu, tīrīšanu, iepakošanu un citas prasības.

1. Pusvadītāju O gredzenu īpašā daba: tie ir "pārāk tuvu" vafelīšu defekta zonai

O-gredzeni pusvadītāju aprīkojumā parasti atrodas kameru durvīs, kameru vākos, novērošanas logos, spraugu vārstos, vakuumflančos, gāzes ievada/izvada portos, sūkņu sistēmās, mitrajās darba vietās, CVD/ALD/PECVD, ķīmiskajā izēšanā (etch), pelnu noņemšanā/pārklājuma noņemšanā (ash/strip) un līdzīgās pozīcijās. Tie var tieši saskarties ar procesa gāzi, plazmu, stipriem skābēm un bāzēm, šķīdinātājiem, ultra tīru ūdeni, kā arī tikt pakļauti augstai temperatūrai, vakuumam, spiedes deformācijai, berzei un periodiskai demontāžai.

Tas nozīmē, ka to atteice nav vienkārši „noplūde vai pārtraukums“. Tipiskākās atteices ceļi ir:

Blīvēšanas virsma rada mikroskopiskus izdalījumus, iztvaikošanu, izšķīšanu, pulveri vai daļiņu jonu piesārņojumu → veido piesārņojumu uz silīcija plāksnītes virsmas vai plānās kārtas → rada daļiņu defektus, elektriskas anomālijas, vārsta noplūdi, plānās kārtas pielipšanas traucējumus, koroziju/nevienmērīgu nogulsnēšanos → samazinās ražošanas iznākums vai rodas uzticamības risks.

SEMI F51 oficiālais kopsavilkums uzsvēr, ka tas ir paredzēts pusvadītāju ražošanas aprīkojuma blīvējumu daļām piemērotu standartu izpildei un sniedz informāciju par blīvējumu materiālu izvēli, veiktspējas novērtējumu, tīrību, iepakošanu un apstrādi, lai samazinātu īpašniecības izmaksas un uzlabotu aprīkojuma darbības laiku. Tas liecina, ka pusvadītāju O-formas gredzena novērtēšanas robežas jau ir „paplašinājušās“ no gumijas daļas līdz aprīkojuma izmantojamības rādītājam, procesa stabilitātei un piesārņojuma kontrolei.

2. Zema izplūdes intensitāte: ne tikai „materiāls ir tīrs“, bet arī materiāls nevar atbrīvot molekulas procesā

Pusvadītāju aprīkojuma zems izgāzības risks ietver trīs kategorijas: pirmkārt, patiesā vakuumā/augstā temperatūrā notiekoša izgāzība, tas ir elastomēru zemolekulāro летošo vielu, atlikušo monomēru, saistīšanās blakusproduktu, piedevu un adsorbētās mitruma izdalīšanās gāzveida veidā; otrkārt, šķidro mediju izskalojamās/izvilktās vielas, tas ir metālu joni, anjoni un kopējais organiskais ogleklis (TOC), kas izskalots no ultratīrā ūdens (UPW), skābju, sārnu vai šķīdinātāju; treškārt, procesa iedarbības sadalīšanās produkti, piemēram, plazma, spēcīgi oksidētāji vai amonjaks/skābeklis saturošas gāzes izraisa noslēguma materiāla virsmas degradāciju un migrējošu piesārņotāju veidošanos.

Vakuumu sistēmas parasti atsaucas uz ASTM E595 šim iztvaikošanas testēšanas rāmjiem. NASA skaidrojums par ASTM E595 ir šāds: šo metodi izmanto materiālu masas zuduma un atkārtoti kondensējamās летīgās vielas mērīšanai vakuumā; NASA datu avoti min agrīno zemu iztvaikošanu novērtēšanas vadlīniju — kopējais masas zudums (TML) ≤ 1,0 % un atkārtoti kondensējamās летīgās vielas daļa (CVCM) ≤ 0,10 %; šāda vērtēšana skaidro, kāpēc vakuumvides apstākļos jākoncentrējas uz ‘atkārtoti kondensējamām vielām’, ne tikai uz ciešuma pārkāpumu ātrumu.

Šķidrās metodes un UPW transporta scenāriju kontekstā SEMI F57 ir tiešāk piemērojama. CT Associates skaidrojums par SEMI F57 norāda, ka šī specifikācija attiecas uz augstas tīrības polimēru materiāliem un detaļām, koncentrējoties uz UPW tiešsaistes iegremdēšanu metālos, anjonos un organiskajā piesārņojumā; paraugi tiek ekstrahēti saskaņā ar SEMI F40 pie 85 °C UPW vidē septiņas dienas. Šāda testēšanas loģika ir vienlīdz svarīga arī O gredzeniem, jo blīvējuma detaļas nav pasīvi novērotāji, bet potenciāli piesārņojuma avoti ilgstošā iegremdēšanā, spiediena iedarbībā, temperatūras ciklos un darba vides izskalošanā.

3. Zema metāla joni: ppm līmeņa domāšana jau vairs nav pietiekama

Metāla jonu piesārņojums ir viena no vieglāk nepazīmējamajām problēmām pusvadītāju hermētiskajās daļās. O-formas gredzena metāla avoti ir dažādi: piepildviela, krāsviela, piedevu sistēma, apstrādes palīglīdzeklis, veidne, smilšu vai remonta atlikumi, tīrīšanas ūdens, iepakojuma materiāls, cilvēka kontakti un vides nogulsnes. Parastajā rūpnieciskajā gumijā pieļaujamais pelnu, piepildvielas vai metāla atlikums pusvadītāju priekšgala procesā var kļūt par nepieņemamu elektrisko piesārņojumu avotu.

Zinātniskās publikācijas portāla ScienceDirect raksts par "Būtiskajiem augstas tīrības slēgvielām pusvadītāju ražošanā" norāda, ka metālu joni var iekļūt polimēros, robežvirsmās un izplatīties difūzijas ceļā, un metālu piesārņojums var izraisīt kritiskus defektus; raksts arī norāda, ka pusvadītāju slēgvielu izvēlei ir stingri jākontrolē augstas tīrības slēgvielu prasības, ko nodrošina konfigurācija, ekstrūzija, formošana, tīrīšana un iepakošana ražošanas procesā. UCT ChemTrace SEMI F51-1115 sērijas dati arī uzskaita izmazgājamās vielas, masveida mikroelementus, izdalīšanos un kopējo organisko oglekli (TOC) kā uzraudzības objektus O-ringiem un blīvējuma gredzeniem, kā arī norāda viena un tā paša piegādātāja O-ringa izmazgājamo vielu un masveida mikroelementu datu atšķirības.

Galvenais punkts ir šeit: "vienāds materiāla nosaukums" NEVIENĀDS ar "vienādu metālu jona līmeni." Pat ja materiāli tiek saukti par vienādiem FFKM, FKM vai EPDM, dažādas formulācijas, dažādi piepildvielas, dažādas savstarpējās saites sistēmas, dažāda pēcapstrāde un dažādu partiju metālu fona līmeņi var būt pilnīgi atšķirīgi. Tāpat kā pusvadītāju klienti patiesībā iegādājas "zemu metālu jonu piesārņojumu konfigurācijas sistēmu + tīru ražošanu + partijas datus", nevis materiāla ģimenes nosaukumu.

Galvenās metālu/jonu kategorijas, uz kurām jākoncentrējas kontrolei, ir:

4. Zems daļiņu skaits: blīvējuma virsmas daļiņas nav dabiski statiskas — daļiņas tiek „izgatavotas prom“

Pusvadītāju O-formas gredzena daļiņu risks rodas četrās vietās: pirmkārt, veidošanas, formas veidošanas, remonta un otrreizējās apstrādes laikā palikuši izvirzumi, plaisas un mikroatkritumi; otrkārt, transportēšanas un uzstādīšanas procesā berze, vilkšana, pagriešana un piesārņojums rada jaunas daļiņas; treškārt, dinamiskais nodilums notiek tajās pozīcijās, kur komponenti tiek ieslēgti un izslēgti, piemēram, vārstos, spraugvārstos, sūknīs un flančos; ceturtkārt, plazmas vai ķīmisko vielu korozija, materiāla virsmas pulverēšanās, raupjuma palielināšanās vai oglekļa savienojumu veidošanās utt.

ISO 14644-1:2015 skaidro, ka tīrās telpas gaisa tīrības daļiņu blīvumu klasificē; daļiņu izmēru diapazons aptver 0,1 μm līdz 5 μm; pusvadītāju jomā ne tikai jāuzrauga tīrās telpas gaisa daļiņas, bet arī jānovērtē virsmas daļiņas un šķidrās fāzes daļiņas, kā arī gāzes transporta sistēmu daļiņu ieguldījums; SEMI SCIS materiāli un standarti SEMI F114 un F115 attiecīgi tiek izmantoti, lai mērītu ļoti augstas tīrības (UHP) ķīmisko vielu piegādes sistēmu daļiņas un mitrās apstrādes daļējo iekārtu virsmu kopējo atkārtoti nogulsnēto daļiņu skaitu; tas liecina, ka pusvadītāju rūpniecība „daļu pašu radīto daļiņu un organisko vielu“ ir uzskatījusi par sistēmas līmeņa metriku.

O gredzeniem zems daļiņu skaits nav kaut kas, ko pietiek vienreiz notīrīt. Tas jāsāk no formulēšanas — izmantojot mazāk vai uzmanīgi izmantojot brīvos piepildītājus; jāoptimizē veidne, lai samazinātu izvirzījumus un pēcapstrādes bojājumus; jāsamazina kontaktā notīrīšana; jāizmanto tīrās telpas iepakojums; un pēc uzstādīšanas jāpārbauda berzes radīto daļiņu un jonu izdalīšanās.

Parker semikonduktoru instalācijas vadlīnijas elastomēru jautājumus sadala trīs procesu veidos — plazmas/gāzes nogulsnēšanā, termiskajā un mitrajā procesā. Plazmas/gāzes nogulsnēšanas procesā uzmanība veltīta ķīmiskās apstrādes ātrumam, daļiņu rašanai un daļiņu izmēriem, bet mitrajā procesā — ķīmiskajai savietojamībai un metāla jonu izdalīšanai. Tas precīzi norāda, ka semikonduktoru O gredzena daļiņu kontrolei jābūt orientētai uz konkrēto procesu, nevis jāizmanto viena vispārīga tīrības klases novērtējuma vērtība.

5. Plazmas korozijas izturība: Ķīmiskā korozija nav vienāda ar plazmas izturību

Semikonduktoru sausajos procesos iekšējā plazma nav vienkārši „gāze”: tajā ietilpst joni, brīvie radikāļi, UV starojums, siltuma slodze un fiziska trieciena iedarbība; tās bojājumu mehānisms atšķiras no šķidrās ķīmiskās korozijas. Skābeklis un citi joni var oksidēt/korodēt gumijas pamatni, fluoru saturošie joni var izraisīt virsmas izmaiņas; materiāls, kas ir „korozijas izturīgs” pret šķidrām ķīmiskām vielām, ne vienmēr ir zemas izplūdes un zemu daļiņu rašanās izturīgs pret plazmu.

PPE plazmas procesu materiālu skaidrojošais dokuments īpaši norāda, ka plazmas noslēgšanas ķīmiskās un termiskās problēmas ir smagas, galvenās pozīcijas noslēgšanas materiāls laika gaitā beidzot visu iznīkst, un neviens viens noslēgšanas materiāls nav piemērots visām ķīmiskajām sistēmām, rīku pozīcijām un produkta veidiem; Parker pusvadītāju noslēgšanas rokasgrāmata arī bieži uzskaita plazmas/gāzes nogulsnēšanas ķīmiju, tostarp F, Cl, ClF₃, O₂, CF₄, O₃, SiH₄, C₂F₆, NF₃, WF₆ utt., kā arī uzskaita ēšanas ātrumu, daļiņu rašanos un daļiņu izmērus kā tipiskus uzmanības punktus.

Tāpēc galvenais FFKM izmantošanas faktors pusvadītāju ražošanā nav "FFKM augstā cena", bet gan tas, ka noteiktas augstas tīrības FFKM formulācijas nodrošina labāku līdzsvaru stingrās korozijas, fluoru saturīgās vides, vakuumā, augstās temperatūrās un zemas piesārņojuma prasībām. Trelleborga pusvadītāju raksturlielumu apraksts definē moderno FFKM kā materiālu ar augstu stabilitāti, augstu tīrību un ārkārtīgi zemu pēdējo metālu saturu, vienlaikus uzsvērdams tā spēju samazināt plazmas pretestību augstas tīrības vidē, tomēr tas nenozīmē, ka "visas FFKM" ir dabiski piemērotas — piepildvielas, šķērssaistīšanas sistēma, pēcapstrāde, tīrīšanas ražošana un partijas kontrole ir tikpat svarīgas kā paša materiāla ģimenes nosaukums.

6. Tīra iepakošana: Pēdējā piesārņojuma aizsardzības līnija, kas vienlaikus ir arī bieži novērojama kontroles zuduma vieta

Dažas uzņēmuma struktūras vērtē tikai materiālu izvēli, bet ignorē iepakošanu, glabāšanu, transportēšanu, atvēršanu, pagaidu glabāšanu, rīku un manuālo montāžu citus posmus. Ja iepakojuma materiāls pats izdalās organiskās vielas, šķiedras vai netīrs hermētiskās noslēgšanas uzstādīšanas process tiek piesārņots caur rokām, vides nogulsnēm vai nepietiekami tīriem iepakojuma atvēršanas priekšnoteikumiem, tad visas hermētiskās apstrādes var būt bezjēdzīgas.

SEMI F51 oficiālajā kopsavilkumā skaidri norādīts hermētiskuma tīrība, iepakošana un apstrāde, lai nodrošinātu hermētiskās daļas optimālo darbību. ISO 14644-1 gaisa tīrības klasifikācija ir piemērojama neatkarīgi iepakojuma materiālu, iepakojuma vides un divkāršā iepakojuma pašu definēšanai, nevis tīra iepakojuma neatkarībai.

Augstas klases pusvadītāju O gredzeniem parasti jāuzskata tīrais iepakojums par specifikācijas jomu, nevis fizisku īpašību. Ieteicams balto grāmatu formulēt šādi:

Produkts tiek pakļauts tīrīšanai, tīras vides pārbaudei un tīrai iepakošanai, pēc tam tiek piegādāts; iekšējās un ārējās maisiņu materiālu prasības atbilst zemām daļiņu, zemu metāljonu un organisku летojošo savienojumu līmenim; katram iepakošanas vienībai ir partijas numurs, materiāls, specifikācija, tīrīšanas partija, pārbaudes statuss un izsekojamības identifikācija.

7. Partijas vienveidība: Ko pusvadītāju klienti vēlas, ir „atkārtojamība“

Parastās O-formas gredzena partijas vienveidība parasti koncentrējas uz izmēru, cietību, stiepšanās izturību un kompresijas pastāvīgo deformāciju. Pusvadītāju O-formas gredzeniem jākoncentrējas arī uz piesārņojuma datu vienveidību, piemēram, metāljonu, kopējo organisko oglekli (TOC), anjonu, daļiņu un izdalīto gāzu (outgassing) un citu partijas datu vienmērību.

UCT ChemTrace datu rādījumi liecina, ka O gredzenam var atsaukties uz SEMI F51-1115 standartu izpļūdošo vielu, mikroelementu, kopējo mikroelementu, izgāzēšanās un kopējās organiskās ogles (TOC) noteikšanai kvalifikācijai un uzraudzībai; gala lietotājs šos datus salīdzinās ar piegādātāja sniegtajiem datiem un norādīs speciālu procesa pielietojumu. Tas nozīmē, ka pusvadītāju O gredzenu piegādātājs nevar vienkārši apgalvot: „šī partija ir izturējusi pārbaudi”, bet tam jāspēj pierādīt: „partijas svārstības ir kontrolējamas.”

Galvenie partiju vienveidības kontroles punkti ietver:

8. Atgriezeniskās izsekojamības nodrošināšana: no O gredzena partijas numura līdz procesa novirzei

Viens no iemesliem, kāpēc pusvadītāju klientu prasības attiecībā uz izsekojamību ir augstas, ir tas, ka piesārņojuma novirzes bieži netiek atklātas uzstādīšanas brīdī. Viena noslēgtās daļas partija var ietekmēt noteiktu aprīkojumu, noteiktu kameru, noteiktu tehniskās apkopes ciklu vai noteiktu waferu partiju vai līdzīgus partijas tipa parametrus. Ja nav iespējams izsekot wafera novirzi no aprīkojuma atrašanās vietas, noslēgšanas partijas, materiāla partijas un tīrīšanas numura vai citiem līdzīgiem faktoriem, kļūdu analīzes izmaksas ievērojami pieaugs.

SEMI SCIS datu ziņojumā norādīts, ka nozaru standartizācijas darbs ietver izsekojamības verifikāciju, detaļu apmaiņu, datu apmaiņu un citas virzienus. Tas nozīmē, ka izsekojamība jau vairs nav vienas konkrētas uzņēmuma kvalitātes prioritāte, bet gan daļa no pusvadītāju nozares vienotās standartizācijas tendences.

Augtas klases pusvadītāju O gredzeniem izsekojamība vismaz jāietver:

9. Kāpēc FFKM bieži ir galvenās pozīcijas noklusējuma materiāls, bet „FFKM ≠ automātiski kvalificēts”

FFKM priekšrocība ir pilnīgi fluorēta vai ļoti fluorēta struktūra, kas nodrošina labāku ķīmisko stabilitāti, termisko stabilitāti un zemu reaktivitāti. SIA dokumentos par PFAS/fluorūdens saturu materiāliem minēts, ka pusvadītāju aprīkojumam un saistītajiem materiāliem nepieciešama inertrība, tīrība, plaša ķīmiskā un termiskā stabilitāte, zema berze, elektriskās īpašības un citas kombinētas īpašības. Plazmas, CVD, ķīmiskās rūdīšanas, ALD, mitrās ķīmijas un vakuuma lietojumos šīs īpašības patiešām padara augstas tīrības FFKM par svarīgu izvēli galvenajās blīvēšanas pozīcijās.

Tomēr jāizvairās no trim maldinošiem uzskatiem:

Pirmkārt, materiāla ģimenes nosaukums nav vienāds ar tīrības klasi. FFKM var būt pusvadītāju klases vai arī parastas rūpnieciskās klases; atšķirība rodas no formulējuma, piepildvielas, šķērsvirsotājsistēmas, attīrīšanas, pēcapstrādes, tīrīšanas, iepakošanas un pārbaudes.

Otrkārt, ķīmiskā izturība nav vienāda ar zemu piesārņojumu. Materiāls var izturēt HF, HCl, O₂ plazmu vai NF₃, taču joprojām var rādīt salīdzinoši augstu metālu izdalīšanos, salīdzinoši augstu daļiņu izdalīšanos vai salīdzinoši augstu organisko vielu iztvaikošanu. Parker materiālu sarakstā patiešām redzams, ka viena un tā pati pusvadītāju materiālu ģimene atšķir zemu daļiņu veidošanos, zemus izdalāmos savienojumus, metāla izdalāmos savienojumus, ķīmiskās apstrādes ātrumu utt. dažādus raksturlielumus.

Treškārt, zems iznīcināšanas ātrums nav obligāti vienāds ar zemu daļiņu veidošanos. Noteikti piepildīti materiāli var būt ar zemāku jonu erozijas ātrumu, taču pildviela vai virsmas degradācijas slānis var izraisīt daļiņu veidošanos; noteikti nepiepildītu materiālu daļiņu veidošanās var būt mazāka, tačar noteiktā plazmā to kalpošanas laiks var nebūt visilgākais. Tāpēc galvenajā pozīcijā jāizvēlas atbilstoši procesa gāzu sistēmai, jaudai, temperatūrai, spiedienam, attālumam no jona avota un PM ciklam.

10. O-gredzena sadalīšanas prasības pēc pusvadītāju aprīkojuma scenārija

11. Augstas klases pusvadītāju baltajiem rakstiem pieņemta specifikāciju struktūra

Ieteicams modernizēt pusvadītāju O-formas gredzena specifikāciju no „materiāla specifikāciju lapas” uz „piesārņojuma kontroles specifikāciju lapu”. To var izveidot, izmantojot šādas jomas:

12. Galvenie jautājumi, ko uzdot, vērtējot piegādātājus

• Vai tas ir parasts FFKM vai FFKM, kas verificēts ar pusvadītāju zemas piesārņojuma testiem?
• Vai var nodrošināt metālu jonu, anjonu, izdalīšanās un daļiņu datus no tā paša partijas?
• Vai testēšana ir vienreizēja kvalifikācija vai regulāra uzraudzība?
• Vai testēšana notiek ar materiāla parauga gabalu vai pabeigto O gredzena paraugu?
• Vai joni tiek ekstrahēti saskaņā ar SEMI F57 attiecīgajiem standartiem attiecībā uz UPW vai ķīmisko ekstrakciju?
• Vai jonu ekstrakcijas testēšana aptver faktiskos procesa gāzes, piemēram, O₂, CF₄, NF₃, Cl₂, HBr?
• Vai tīrīšana, apkvēšana un iepakošana kontrolētā tīrā vidē ir pabeigta?
• Vai materiālam pašam raksturīgā zemā daļiņu koncentrācija, zema izdalīšanās un zema ekstrakcija ir iekšēji kvalificēta?
• Vai formulācijas, izejvielu, tīrīšanas, iepakošanas materiālu vai ražošanas līnijas maiņa tiek paziņota, izmantojot PCN mehānismu?

Secinājums

Pusvadītāju aprīkojuma augstās prasības pret O gredzeniem nav saistītas ar to, ka klienti vēlas "maksāt par dārgu materiālu", bet gan ar to, ka O gredzeni atrodas vakuumas, plazmas, spēcīgi koriģējošo ķīmisko vielu, tīrās telpas, nanolīmeņa struktūru un augstas iznākuma ražošanas krustpunktā. To vērtība nav tikai „spējā nodrošināt blīvējumu”, bet gan:

Uzturēšana uzticama + zemi precipitāti + bez izgāzēm + bez daļiņu atdalīšanās + bez metālu jonu izdalīšanas + izturība pret plazmu + tīra iepakojuma sistēma + partijas vienveidība + izsekojamība.

Tāpēc pusvadītāju O gredzeniem jābūt augstas klases procesa patēriņa preču un piesārņojuma kontroles komponentu statusam. Baltās grāmatas galveno viedokli var formulēt šādi:

Pusvadītāju aprīkojumā O gredzena konkurētspēja nav saistīta ar materiāla vienības cenu, bet gan ar kopējo rezultātu attiecībā uz piesārņojuma budžetu, procesa darbības laiku, profilaktisko apkopi (PM) ciklu, ražošanas iznākuma risku un piegādes ķēdes izsekojamības spēju. FFKM ir tikai ieejas biļete; augsta tīrība, zemi precipitāti, zemas daļiņu koncentrācijas, zemi metālu jonu līmeņi, izturība pret joniem un tīra piegādes sistēma ir patiesie noteicošie barjeras faktori.