โอริง ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ชิ้นส่วนซีลไม่ใช่เพียงแค่ "ชิ้นส่วนซีลทั่วไป" แต่เป็นการรวมกันอย่างซับซ้อนของปัจจัยต่าง ๆ ได้แก่ การควบคุมมลพิษจากกระบวนการ การรักษาสุญญากาศ ความเข้ากันได้ทางเคมีของชิ้นส่วน วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับพลาสม่า และระบบควบคุมคุณภาพที่สามารถติดตามย้อนกลับได้ ขณะที่สถานการณ์อุตสาหกรรมทั่วไปมักให้ความสำคัญกับการไม่รั่วซึม ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการเสื่อมสภาพ และอายุการใช้งานที่ยาวนาน สถานการณ์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องพิสูจน์อย่างพร้อมกันว่า ชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อเวเฟอร์ ตัวเรือนห้องประมวลผล เส้นทางการไหลของก๊าซ ระบบที่มีความสะอาดสูงเป็นพิเศษ โดยไม่ปล่อยสารอินทรีย์ ไอออนโลหะ มลพิษเชิงไอออน อนุภาค และผลพลอยได้จากการกัดกร่อนด้วยพลาสม่าอื่น ๆ ซึ่งนี่คือสาเหตุหลักที่ทำให้ราคาสูง O-ring ข้อกำหนด

คำอธิบายของเอสไอเอเกี่ยวกับการควบคุมมลพิษในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สามารถสรุปตรรกะนี้ได้ว่า ขนาดของคุณสมบัติของอุปกรณ์ลดลง และโครงสร้างสามมิติซับซ้อนยิ่งขึ้น ทำให้อนุภาค สิ่งสกปรก หรือสารปนเปื้อนจุลภาคอื่น ๆ มีแนวโน้มก่อให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือหรือผลผลิต; อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ยังไวต่อสิ่งปนเปื้อนประเภทต่าง ๆ อย่างชัดเจน เช่น อนุภาค ไอออนโลหะ สารเคมี แบคทีเรีย และความเสียหายจากไอออนในอวกาศ เป็นต้น จึงมีความไวสูงมาก มาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์ เซมิ เอฟ 51 ยังกำหนดเฉพาะประเด็นการปล่อยก๊าซ (outgassing) ของโอ-ริงและแหวนซีล โดยเหตุผลคือมาตรฐานแบบแอสท์เอ็มหรือมาตรฐานอุตสาหกรรมทั่วไปไม่ครอบคลุมข้อกำหนดด้านการประเมินประสิทธิภาพ กระบวนการทำความสะอาด และบรรจุภัณฑ์ของชิ้นส่วนซีลสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์อย่างเพียงพอ

1. ลักษณะพิเศษของโอ-ริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์: พวกมันอยู่ "ใกล้เกินไป" กับโซนที่เกิดข้อบกพร่องบนเวเฟอร์

แหวนโอ (O-rings) ที่ใช้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ มักติดตั้งอยู่บริเวณประตูห้องประมวลผล ฝาครอบห้อง หน้าต่างสังเกตการณ์ วาล์วแบบช่องเปิด (slit valve) ข้อต่อสุญญากาศ พอร์ตนำก๊าซเข้า-ออก ระบบปั๊ม แท่นทำงานแบบเปียก (wet bench) และกระบวนการต่าง ๆ เช่น CVD, ALD, PECVD, การกัด (etch), การกำจัดฟิล์ม (ash/strip) รวมถึงตำแหน่งอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน แหวนโออาจสัมผัสโดยตรงกับก๊าซที่ใช้ในกระบวนการ พลาสม่า กรด-ด่างเข้มข้น ตัวทำละลาย น้ำบริสุทธิ์สูงพิเศษ รวมทั้งอาจต้องเผชิญกับอุณหภูมิสูง สุญญากาศ การบีบอัดให้เปลี่ยนรูป แรงเสียดทานและการสึกกร่อน ตลอดจนการถอดประกอบซ้ำ ๆ

สิ่งนี้ทำให้การล้มเหลวของแหวนโอไม่ได้จำกัดเพียงแค่ "รั่วหรือหัก" เท่านั้น แต่กลไกการล้มเหลวที่พบบ่อยกว่านั้นมีดังนี้

พื้นผิวที่ใช้ปิดผนึกปล่อยสารตกค้างในปริมาณเล็กน้อย ระเหย ละลาย หรือหลุดร่อนออกมาในรูปของผงหรืออนุภาคไอออน → ทำให้เกิดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวเวเฟอร์หรือฟิล์มบาง → ก่อให้เกิดข้อบกพร่องจากอนุภาค ความผิดปกติของวงจรไฟฟ้า การรั่วของวาล์ว ปัญหาการยึดเกาะของฟิล์ม หรือการกัดกร่อน/การสะสมที่ไม่สม่ำเสมอ → ส่งผลให้อัตราการผลิตสำเร็จลดลง หรือเพิ่มความเสี่ยงต่อความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์

บทสรุปอย่างเป็นทางการของ SEMI F51 เน้นว่ามาตรฐานนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อชิ้นส่วนซีลสำหรับอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และให้ข้อมูลเกี่ยวกับการเลือกวัสดุซีล การประเมินประสิทธิภาพ ความสะอาด การบรรจุภัณฑ์ และกระบวนการแปรรูป เพื่อลดต้นทุนรวมในการถือครอง (ownership cost) และเพิ่มเวลาทำงานจริงของอุปกรณ์ (equipment uptime) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าขอบเขตการประเมินโอ-ริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้ ‘ขยายตัว’ ไปแล้ว จากเดิมที่เน้นเฉพาะชิ้นส่วนยาง ไปสู่อัตราการใช้งานอุปกรณ์โดยรวม ความเสถียรของกระบวนการ และการควบคุมมลพิษ

2. การปล่อยก๊าซต่ำ (Low Outgassing): ไม่ใช่เพียง ‘วัสดุมีความสะอาด’ แต่หมายถึงวัสดุนั้นไม่สามารถปล่อยโมเลกุลเข้าสู่กระบวนการได้

ความเสี่ยงต่ำจากการปล่อยก๊าซของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบ่งออกเป็นสามประเภท ประเภทแรกคือการปล่อยก๊าซภายใต้สภาวะสุญญากาศจริงหรืออุณหภูมิสูง ซึ่งหมายถึงสารระเหยที่มีมวลโมเลกุลต่ำจากยางเทอร์โมอีลาสโตเมอร์ โมโนเมอร์ที่เหลือค้าง ผลิตภัณฑ์ย่อยจากการเชื่อมขวาง สารเติมแต่ง และความชื้นที่ดูดซับไว้ ซึ่งถูกปล่อยออกมาในรูปของก๊าซ ประเภทที่สองคือสารที่ละลายหรือสกัดได้ออกจากสื่อของเหลว เช่น ไอออนโลหะ อนิออน และคาร์บอนรวมทั้งหมด (TOC) ที่สกัดได้จากน้ำบริสุทธิ์พิเศษ (UPW) สารละลายกรด-เบส หรือตัวทำละลาย ประเภทที่สามคือผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการสลายตัวภายใต้กระบวนการ เช่น พลาสม่า สารออกซิไดซ์ที่มีฤทธิ์แรง หรือก๊าซที่มีองค์ประกอบของแอมโมเนียหรือออกซิเจน ซึ่งทำให้วัสดุปิดผนึกเกิดการเสื่อมสภาพที่ผิวหน้าและก่อให้เกิดสารปนเปื้อนที่สามารถเคลื่อนย้ายได้

ระบบที่ใช้สุญญากาศมักอ้างอิงมาตรฐาน ASTM E595 สำหรับกรอบการทดสอบการระเหยออกจากวัสดุนี้ คำอธิบายของ NASA เกี่ยวกับ ASTM E595 ระบุว่า วิธีนี้ใช้วัดการสูญเสียน้ำหนักและสารระเหยที่สามารถควบแน่นกลับได้ของวัสดุภายใต้สภาวะสุญญากาศ ข้อมูลจาก NASA กล่าวถึงแนวทางเบื้องต้นในการคัดกรองวัสดุที่มีการระเหยต่ำ ได้แก่ TML ≤ 1.0% และ CVCM ≤ 0.10% ซึ่งเป็นเกณฑ์การประเมินดังกล่าว แนวคิดการทดสอบนี้ชี้ให้เห็นว่า สภาพแวดล้อมสุญญากาศจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับ 'วัสดุที่ควบแน่นกลับได้' ไม่ใช่เพียงอัตราการรั่วเท่านั้น

ในกรณีวิธีแบบเปียกและสถานการณ์การลำเลียงน้ำบริสุทธิ์สูง (UPW) มาตรฐาน SEMI F57 มีความเกี่ยวข้องโดยตรงมากกว่า คำอธิบายของ CT Associates เกี่ยวกับ SEMI F57 ระบุว่า ข้อกำหนดนี้ใช้กับวัสดุพอลิเมอร์และชิ้นส่วนที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยเน้นการปนเปื้อนของโลหะ ไอออนลบ และสารอินทรีย์จากการจุ่มในน้ำ UPW ขณะใช้งานจริง ตัวอย่างจะถูกสกัดด้วยน้ำ UPW ที่อุณหภูมิ 85°C เป็นเวลา 7 วัน ตามมาตรฐาน SEMI F40 ตรรกะการทดสอบประเภทนี้มีความสำคัญเช่นเดียวกันต่อโอ-ริง เพราะชิ้นส่วนซีลไม่ใช่ผู้สังเกตการณ์แบบพาสซีฟ แต่อาจเป็นแหล่งปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นได้จากการแช่เป็นเวลานาน การบีบอัด การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ และการล้างด้วยสารกลาง

3. ไอออนโลหะต่ำ: การคิดในระดับส่วนต่อล้านส่วน (ppm) นั้นไม่เพียงพออีกต่อไป

การปนเปื้อนของไอออนโลหะเป็นหนึ่งในปัญหาที่ประเมินค่าต่ำเกินไปได้ง่ายที่สุดสำหรับชิ้นส่วนซีลในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งที่มาของโลหะในโอริงมีความหลากหลาย ได้แก่ สารเติมแต่ง สารให้สี ระบบสารเสริม สารช่วยในการขึ้นรูป คราบจากแม่พิมพ์ คราบตกค้างจากการขัดหรือซ่อมแซม น้ำที่ใช้ทำความสะอาด วัสดุบรรจุภัณฑ์ การสัมผัสจากมนุษย์ และฝุ่นละอองในสิ่งแวดล้อม ซึ่งเถ้า สารเติมแต่ง หรือตกค้างของโลหะที่ยอมรับได้ในยางอุตสาหกรรมทั่วไป อาจกลายเป็นแหล่งการปนเปื้อนทางไฟฟ้าที่ไม่สามารถยอมรับได้ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นต้น

บทความของไซแอนซ์ไดเรกต์เรื่อง "วัสดุปิดผนึกความบริสุทธิ์สูงที่จำเป็นสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์" ชี้ว่า ไอออนโลหะสามารถแทรกซึมเข้าไปในพอลิเมอร์ ที่บริเวณรอยต่อ และขยายตัวออกไปตามการแพร่กระจาย ซึ่งการปนเปื้อนด้วยโลหะอาจก่อให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรงที่ทำให้ชิ้นส่วนใช้งานไม่ได้ บทความยังระบุว่า การเลือกวัสดุปิดผนึกสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องควบคุมอย่างเข้มงวดในทุกขั้นตอนเพื่อให้ได้เงื่อนไขการปิดผนึกที่มีความบริสุทธิ์สูง ตั้งแต่การจัดส่วนประกอบ การอัดรีด การขึ้นรูป การทำความสะอาด และการบรรจุภัณฑ์ จนถึงกระบวนการผลิตทั้งหมด ข้อมูลชุด SEMI F51-1115 ของยูซีที เคมเทรซ (UCT ChemTrace) ยังระบุสารที่ละลายออกได้ (leachables) โลหะหนักปริมาณน้อยในเนื้อวัสดุ (bulk trace metals) การปล่อยก๊าซจากวัสดุ (outgassing) และคาร์บอนรวมที่สามารถออกซิไดซ์ได้ (TOC) เป็นพารามิเตอร์ที่ต้องตรวจสอบสำหรับโอริงและแหวนปิดผนึก พร้อมทั้งแสดงความแตกต่างของข้อมูลสารที่ละลายออกได้และโลหะหนักปริมาณน้อยในเนื้อวัสดุระหว่างโอริงของผู้จัดจำหน่ายรายเดียวกัน

จุดสำคัญอยู่ที่นี่: คำว่า "ชื่อวัสดุเดียวกัน" ไม่ได้หมายความว่า "ระดับไอออนโลหะเดียวกัน" แม้ว่าวัสดุจะมีชื่อเรียกเหมือนกัน เช่น FFKM, FKM หรือ EPDM ก็ตาม แต่สูตรการผลิต สารเติมแต่ง ระบบการเชื่อมข้าม (crosslinking system) กระบวนการหลังการผลิต และพื้นหลังของโลหะในแต่ละล็อตอาจแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง สิ่งที่ลูกค้าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ซื้อจริงๆ คือ "ระบบที่ควบคุมปริมาณไอออนโลหะให้ต่ำ + การผลิตที่สะอาด + ข้อมูลล็อตอย่างละเอียด" ไม่ใช่เพียงแค่ชื่อครอบครัวของวัสดุ

หมวดหมู่โลหะ/ไอออนที่สำคัญซึ่งต้องควบคุมอย่างเข้มงวด ได้แก่:

4. จำนวนอนุภาคต่ำ: อนุภาคบนพื้นผิวปิดผนึกไม่อยู่นิ่งตามธรรมชาติ — อนุภาคเหล่านี้ถูกกำจัดออกไปในระหว่างกระบวนการผลิต

ความเสี่ยงจากอนุภาคของโอริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มีสี่แหล่ง ได้แก่ หนึ่ง รอยหยัก รอยแตก หรือเศษวัสดุขนาดเล็กที่หลงเหลือจากการขึ้นรูป การขึ้นรูปเบื้องต้น การซ่อมแซม หรือการแปรรูปขั้นที่สอง สอง การเสียดสี การดึง การบิด หรือการปนเปื้อนระหว่างการขนส่งและการติดตั้ง ซึ่งก่อให้เกิดอนุภาคใหม่ สาม การสึกหรอแบบพลวัตบริเวณตำแหน่งที่มีการเคลื่อนไหว เช่น วาล์วประตู วาล์วช่องเปิด ปั๊ม และข้อต่อฟลานจ์ สี่ การกัดกร่อนจากพลาสมาหรือสารเคมี ทำให้พื้นผิววัสดุเกิดการหลุดลอกเป็นผง การหยาบกร้าน หรือคาร์บอนไนเซชัน เป็นต้น

มาตรฐาน ISO 14644-1:2015 อธิบายว่า ความสะอาดของอากาศในห้องสะอาดจะจัดประเภทตามความหนาแน่นของอนุภาค โดยช่วงขนาดของอนุภาคที่พิจารณาครอบคลุมตั้งแต่ 0.1 ไมโครเมตร ถึง 5 ไมโครเมตร; ในบริบทของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ไม่เพียงแต่ให้ความสำคัญกับอนุภาคในอากาศของพื้นที่สะอาดเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาอนุภาคบนพื้นผิวและในสถานะของเหลว รวมถึงการมีส่วนร่วมของอนุภาคจากระบบขนส่งก๊าซด้วย; วัสดุ SEMI SCIS และมาตรฐาน SEMI F114 กับ F115 ใช้สำหรับวัดจำนวนอนุภาคและจำนวนอนุภาคที่ตกตะกอนใหม่ทั้งหมดในระบบจ่ายสารเคมีระดับสูงพิเศษ (UHP) และบนพื้นผิวของอุปกรณ์บางส่วนที่ใช้ในกระบวนการเปียก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้ถือว่า 'การปล่อยอนุภาคหรือสารอินทรีย์จากชิ้นส่วนเอง' เป็นตัวชี้วัดระดับระบบ

สำหรับโอริง คุณสมบัติที่ปล่อยอนุภาคน้อยไม่ใช่สิ่งที่ 'ทำความสะอาดครั้งเดียวแล้วเสร็จ'; จำเป็นต้องเริ่มต้นตั้งแต่ขั้นตอนการจัดสูตร โดยใช้สารเติมแต่งที่หลุดร่อนได้ง่ายในปริมาณน้อยหรือใช้อย่างระมัดระวัง; ปรับปรุงแม่พิมพ์เพื่อลดรอยเว้าหรือความเสียหายจากการขัดแต่งหลังขึ้นรูป; ลดการล้างด้วยการสัมผัสโดยตรง; บรรจุภัณฑ์ในห้องสะอาด; และตรวจสอบปริมาณอนุภาคที่เกิดจากการเสียดสีและปริมาณไอออนที่ปล่อยออกมาหลังติดตั้ง

พาร์คเกอร์ คู่มือการติดตั้งชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ของ 's แบ่งปัญหาเกี่ยวกับอีลาสโตเมอร์ออกเป็นสามประเภทของกระบวนการ ได้แก่ การสะสมแบบพลาสม่า/ก๊าซ การสะสมแบบความร้อน และการสะสมแบบเปียก โดยปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสะสมแบบพลาสม่า/ก๊าซ ได้แก่ อัตราการกัดกร่อน ปริมาณอนุภาคที่เกิดขึ้น และขนาดของอนุภาค ส่วนปัญหาที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการแบบเปียก ได้แก่ ความเข้ากันได้ทางเคมี และปริมาณไอออนโลหะที่สามารถละลายออกมาได้ ซึ่งสิ่งนี้บ่งชี้อย่างชัดเจนว่า การควบคุมอนุภาคสำหรับโอริงในงานเซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องจัดระดับตามประเภทของกระบวนการแต่ละชนิด ไม่ใช่ใช้ระดับความสะอาดแบบทั่วไปเพียงระดับเดียว

5. ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากพลาสม่า: ความต้านทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีไม่เท่ากับความต้านทานต่อพลาสม่า

พลาสม่าภายในเทคโนโลยีการประมวลผลแบบแห้งสำหรับงานเซมิคอนดักเตอร์นั้นไม่ใช่เพียงแค่ 'ก๊าซ' เท่านั้น แต่ยังประกอบด้วยไอออน อนุมูลอิสระ รังสีอัลตราไวโอเลต ภาระความร้อน และการกระทบกระแทกด้วยแรงกายภาพ กลไกของการทำลายจึงแตกต่างจากการกัดกร่อนด้วยสารเคมีในสถานะของเหลว ไอออนออกซิเจนและไอออนชนิดอื่นๆ อาจทำให้โครงสร้างยางเกิดการออกซิเดชัน/การกัดกร่อน ขณะที่ไอออนที่มีฟลูออรีนอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ผิววัสดุ ดังนั้น แม้วัสดุจะมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนจากสารเคมีของเหลวได้ ก็ไม่ได้หมายความว่าวัสดุนั้นจะทนต่อสภาพแวดล้อมพลาสม่าได้ด้วย โดยเฉพาะในแง่ของการปล่อยก๊าซต่ำ (low outgassing) และการสร้างอนุภาคต่ำ (low particulate)

กระบวนการพลาสม่าของ PPE ที่ใช้กับวัสดุระบุอย่างชัดเจนว่าความท้าทายด้านเคมีและอุณหภูมิของกระบวนการปิดผนึกด้วยพลาสม่านั้นมีความรุนแรงมาก วัสดุปิดผนึกที่ใช้ในตำแหน่งสำคัญสุดท้ายจะเสื่อมสภาพทั้งหมดตามกาลเวลา และไม่มีวัสดุปิดผนึกตัวใดตัวหนึ่งที่สามารถใช้งานได้กับระบบเคมี ตำแหน่งของเครื่องมือ และประเภทผลิตภัณฑ์ทั้งหมด คู่มือการปิดผนึกสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของ Parker ก็ระบุสารเคมีที่ใช้ในการสะสมฟิล์มด้วยพลาสม่าหรือก๊าซ เช่น F, Cl, ClF₃, O₂, CF₄, O₃, SiH₄, C₂F₆, NF₃, WF₆ เป็นต้น รวมทั้งระบุอัตราการกัดกร่อน การเกิดอนุภาค และขนาดของอนุภาค ว่าเป็นประเด็นหลักที่มักให้ความสนใจ

ดังนั้น หัวใจสำคัญของการใช้ FFKM ในการผลิตชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์จึงไม่ใช่เรื่องที่ว่า "FFKM มีราคาแพง" แต่เป็นเพราะสูตรผสม FFKM บางชนิดที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถให้สมดุลที่ดีกว่าในด้านความต้านทานการกัดกร่อนอย่างรุนแรง การมีฟลูออรีน ความเป็นสุญญากาศ อุณหภูมิสูง และข้อกำหนดด้านมลพิษต่ำ คุณสมบัติของ FFKM สำหรับงานเซมิคอนดักเตอร์จากเทรลเลอบอร์ก ระบุว่า FFKM รุ่นขั้นสูงมีความเสถียรสูง ความบริสุทธิ์สูง และปริมาณโลหะตกค้างต่ำมาก โดยเน้นย้ำว่าสามารถลดความต้านทานต่อพลาสมาในสภาพแวดล้อมที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่า FFKM ทั้งหมดจะผ่านเกณฑ์โดยอัตโนมัติ ปัจจัยอย่างสารเติมแต่ง ระบบการเชื่อมข้าม กระบวนการหลังการผลิต การทำความสะอาดระหว่างการผลิต และการควบคุมชุดผลิต ล้วนมีความสำคัญเทียบเท่ากับชื่อครอบครัวของวัสดุ

6. การบรรจุภัณฑ์ที่สะอาด: เส้นด่านสุดท้ายในการป้องกันมลพิษ ซึ่งยังเป็นจุดที่มักสูญเสียการควบคุมบ่อยครั้ง

องค์กรจำนวนมากให้ความสำคัญเพียงแค่การเลือกวัสดุ โดยมองข้ามกระบวนการอื่นๆ เช่น การบรรจุหีบห่อ การจัดเก็บ การขนส่ง การเปิดหีบห่อ การจัดเก็บชั่วคราว การใช้เครื่องมือ และการประกอบด้วยมือ หากวัสดุบรรจุหีบห่อนั้นเองปล่อยสารอินทรีย์หรือเส้นใยออกมา หรือหากกระบวนการปิดผนึกไม่สะอาดเนื่องจากการสัมผัสโดยมือ สภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นสะสม หรือการทำความสะอาดหีบห่อไม่เหมาะสมก่อนเปิดใช้งาน ทั้งหมดนี้อาจทำให้การปิดผนึกทั้งหมดสูญเปล่า

บทสรุปอย่างเป็นทางการของมาตรฐาน SEMI F51 ระบุชัดเจนถึงความสะอาดของการปิดผนึก รวมทั้งข้อมูลเกี่ยวกับการบรรจุหีบห่อและการจัดการ เพื่อวัตถุประสงค์หลักในการรักษาประสิทธิภาพสูงสุดของชิ้นส่วนที่ปิดผนึก ขณะที่การจัดระดับความสะอาดของอากาศตามมาตรฐาน ISO 14644-1 สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้กับวัสดุบรรจุหีบห่อ สภาพแวดล้อมในการบรรจุหีบห่อ และการบรรจุหีบห่อแบบสองชั้นโดยตรง แต่ไม่สามารถใช้กำหนดความสะอาดของกระบวนการบรรจุหีบห่อแบบแยกต่างหากได้

โอริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ระดับพรีเมียมมักควรระบุการบรรจุหีบห่อที่สะอาดไว้ในฐานะข้อกำหนดเฉพาะ มากกว่าจะถือเป็นคุณลักษณะทางกายภาพ จึงขอแนะนำให้เขียนไว้ในเอกสารไวท์เปเปอร์ดังนี้

ผลิตภัณฑ์ผ่านกระบวนการล้างอย่างสะอาด ตรวจสอบในสภาพแวดล้อมที่สะอาด และบรรจุภัณฑ์อย่างสะอาดก่อนส่งมอบ; วัสดุถุงภายในและภายนอกตรงตามข้อกำหนดเรื่องอนุภาคต่ำ ไอออนโลหะต่ำ และสารอินทรีย์ระเหยได้ต่ำ; แต่ละหน่วยบรรจุภัณฑ์มีเลขที่ชุดผลิต วัสดุ ข้อกำหนดทางเทคนิค ชุดล้าง สถานะการตรวจสอบ และรหัสระบุแหล่งที่มา

7. ความสม่ำเสมอของแต่ละชุดผลิต: สิ่งที่ลูกค้าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ต้องการคือ "สามารถทำซ้ำได้"

ความสม่ำเสมอของแต่ละชุดผลิตของโอริงทั่วไปมักเน้นที่ขนาด ความแข็ง แรงดึง และการเปลี่ยนรูปถาวรภายใต้แรงกด แต่โอริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ต้องให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอของข้อมูลมลพิษด้วย เช่น ความสม่ำเสมอของข้อมูลไอออนโลหะ TOC อนิออน อนุภาค และการปล่อยก๊าซ (outgassing) ของแต่ละชุดผลิต

ข้อมูลจาก UCT ChemTrace แสดงว่า แหวนโอ (O-ring) อาจอ้างอิงมาตรฐาน SEMI F51-1115 สำหรับการประเมินสารที่ละลายออกได้ (leachables), โลหะหนักในปริมาณน้อยมาก (trace metals), โลหะหนักในมวลรวม (bulk trace metals), การปล่อยก๊าซ (outgassing), คาร์บอนอินทรีย์รวม (TOC) เป็นต้น ทั้งในการรับรองคุณสมบัติและการติดตามตรวจสอบ โดยผู้ใช้ปลายทางจะนำข้อมูลเหล่านี้ไปเปรียบเทียบกับผู้จัดจำหน่าย และแต่งตั้งผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านเพื่อดำเนินการประยุกต์ใช้กระบวนการนี้ หมายความว่า ผู้จัดจำหน่ายแหวนโอสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ไม่สามารถระบุเพียงว่า 'ชุดนี้ผ่านเกณฑ์' ได้เท่านั้น แต่ต้องสามารถพิสูจน์ได้ว่า 'ความแปรปรวนระหว่างชุดผลิตอยู่ภายใต้การควบคุมได้'

จุดควบคุมหลักเพื่อให้ความสม่ำเสมอของแต่ละชุดผลิต

8. การติดตามย้อนกลับ: จากเลขที่ชุดของโอริงไปยังความผิดปกติของกระบวนการ

เหตุผลหนึ่งที่ลูกค้าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดด้านการติดตามย้อนกลับสูง คือ ความผิดปกติจากสิ่งปนเปื้อนมักไม่ปรากฏให้เห็นในขณะติดตั้ง ชุดชิ้นส่วนที่ปิดผนึกหนึ่งชุดอาจส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์เฉพาะ ห้องประมวลผลเฉพาะ รอบการบำรุงรักษา (PM) ที่เฉพาะเจาะจง หรือชุดเวเฟอร์เฉพาะ หรือพารามิเตอร์แบบชุดอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน หากไม่สามารถติดตามย้อนกลับจากความผิดปกติของเวเฟอร์ไปยังตำแหน่งอุปกรณ์ ชุดการปิดผนึก ชุดวัสดุ และเลขที่การล้าง หรือสิ่งอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ต้นทุนการวิเคราะห์ความผิดพลาดจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก

ข้อมูลจาก SEMI SCIS แสดงว่า งานมาตรฐานอุตสาหกรรมรวมถึงการตรวจสอบความสามารถในการติดตามย้อนกลับ การแลกเปลี่ยนชิ้นส่วน และการแลกเปลี่ยนข้อมูล เป็นต้น ซึ่งหมายความว่า การติดตามย้อนกลับนั้นไม่ได้เป็นเพียงแนวโน้มด้านคุณภาพของบริษัทใดบริษัทหนึ่งอีกต่อไป แต่กลายเป็นส่วนหนึ่งของแนวโน้มการมาตรฐานที่เป็นเอกภาพทั่วทั้งอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

การติดตามย้อนกลับสำหรับโอริงระดับไฮเอนด์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ควรมีอย่างน้อยดังนี้:

9. เหตุใด FFKM มักถูกกำหนดเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับตำแหน่งสำคัญ แต่ "FFKM ≠ ผ่านการรับรองโดยอัตโนมัติ"

ข้อได้เปรียบของ FFKM คือโครงสร้างที่มีฟลูออรีนครบถ้วน หรือมีฟลูออรีนในสัดส่วนสูง ซึ่งให้ความเสถียรทางเคมีและทางความร้อนที่ดีกว่า รวมทั้งปฏิกิริยาต่ำ รายงานพื้นฐานของสมาคมอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ (SIA) เกี่ยวกับวัสดุที่มีสาร PFAS หรือฟลูออรีนระบุว่า อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และวัสดุที่เกี่ยวข้องจำเป็นต้องมีคุณสมบัติหลายประการร่วมกัน เช่น ความเฉื่อย ความบริสุทธิ์ ความเสถียรทางเคมีและทางความร้อนในช่วงกว้าง แรงเสียดทานต่ำ คุณสมบัติทางไฟฟ้า เป็นต้น ในกระบวนการใช้พลาสมา CVD การกัดกร่อน (etch) ALD และปฏิกิริยาแบบเปียก (wet chemistry) รวมทั้งในสภาพสุญญากาศ คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ FFKM บริสุทธิ์สูงกลายเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำคัญสำหรับตำแหน่งซีลที่มีความสำคัญ

แต่ต้องหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดสามประการ:

ประการแรก ชื่อครอบครัวของวัสดุไม่เท่ากับระดับความสะอาด FFKM อาจเป็นเกรดเซมิคอนดักเตอร์ หรือเกรดอุตสาหกรรมทั่วไปก็ได้ ความแตกต่างเกิดจากสูตรการผลิต สารเติมแต่ง ระบบการเชื่อมข้าม กระบวนการกำจัดสิ่งปนเปื้อน การแปรรูปหลังการผลิต การทำความสะอาด การบรรจุภัณฑ์ และการตรวจสอบ

ประการที่สอง ความต้านทานทางเคมีไม่เท่ากับการปล่อยมลพิษต่ำ วัสดุชนิดหนึ่งอาจทนต่อ HF, HCl, พลาสม่า O₂ หรือ NF₃ ได้ แต่ยังอาจมีการละลายโลหะออกมาในปริมาณค่อนข้างสูง มีการปล่อยอนุภาคออกมาในปริมาณค่อนข้างสูง หรือมีการระเหยของสารอินทรีย์ในปริมาณค่อนข้างสูง รายการวัสดุของ Parker แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าวัสดุในกลุ่มเซมิคอนดักเตอร์เดียวกันสามารถแบ่งแยกคุณสมบัติต่าง ๆ ได้ เช่น การสร้างอนุภาคต่ำ การสกัดสารต่ำ การสกัดโลหะต่ำ อัตราการกัดกร่อน เป็นต้น

ประการที่สาม อัตราการกัดกร่อนต่ำไม่จำเป็นต้องหมายถึงการปล่อยอนุภาคต่ำ วัสดุบางชนิดที่มีการเติมสารอาจมีอัตราการกัดกร่อนจากไอออนต่ำกว่า แต่สารเติมหรือชั้นผิวที่เสื่อมสภาพอาจปล่อยอนุภาคออกมา ในขณะที่วัสดุที่ไม่มีการเติมสารอาจปล่อยอนุภาคน้อยกว่า แต่ในพลาสม่าบางประเภทอาจมีอายุการใช้งานสั้นที่สุด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุสำหรับตำแหน่งสำคัญโดยพิจารณาจากระบบก๊าซ กำลังไฟฟ้า อุณหภูมิ ความดัน ระยะห่างจากแหล่งไอออน และรอบการบำรุงรักษา (PM cycle) อย่างละเอียด

10. ข้อกำหนดเกี่ยวกับแหวนโอ-ริงแบบแยกส่วนตามสถานการณ์อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

11. โครงสร้างข้อกำหนดที่นำมาใช้ในเอกสารขาวระดับสูงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

แนะนำให้อัปเกรดข้อกำหนดโอ-ริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ จาก "แผ่นข้อมูลวัสดุ" ไปเป็น "แผ่นข้อมูลข้อกำหนดการควบคุมมลพิษ" สามารถจัดทำได้โดยใช้หัวข้อต่อไปนี้:

12. คำถามสำคัญที่ควรสอบถามเมื่อประเมินผู้จัดจำหน่าย

• สารชนิดนี้เป็น FFKM ทั่วไป หรือเป็น FFKM ที่ผ่านการรับรองด้วยการทดสอบระดับมลพิษต่ำสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
• สามารถให้ข้อมูลปริมาณไอออนโลหะ อนิออน การระเหยออก (outgassing) และอนุภาคของตัวอย่างในล็อตเดียวกันได้หรือไม่
• การทดสอบนี้เป็นเพียงการรับรองครั้งเดียว หรือเป็นการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ
• การทดสอบนี้ใช้ตัวอย่างวัสดุที่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ หรือใช้แหวน O ที่ผลิตเสร็จแล้ว
• การทดสอบนี้ทำตามมาตรฐาน SEMI F57 ที่เกี่ยวข้องกับน้ำบริสุทธิ์สูงพิเศษ (UPW) หรือการสกัดสารเคมีหรือไม่
• การทดสอบการสกัดไอออนครอบคลุมก๊าซที่ใช้จริงในกระบวนการ เช่น O₂, CF₄, NF₃, Cl₂, HBr หรือไม่
• การล้าง การให้ความร้อน (baking) และการบรรจุภัณฑ์เสร็จสิ้นภายใต้สภาพแวดล้อมสะอาดที่ควบคุมแล้วหรือไม่
• วัสดุนี้มีคุณสมบัติโดยธรรมชาติที่มีอนุภาคต่ำ การระเหยต่ำ (outgassing) และการสกัดต่ำอยู่แล้ว จึงผ่านเกณฑ์เบื้องต้นหรือไม่
• มีการแจ้งการเปลี่ยนแปลงสูตร การเปลี่ยนวัตถุดิบ การเปลี่ยนกระบวนการล้าง วัสดุบรรจุภัณฑ์ หรือสายการผลิตผ่านกลไก PCN หรือไม่

บทสรุป

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อกำหนดสูงต่อโอ-ริง ไม่ใช่เพราะลูกค้าต้องการ "จ่ายเงินซื้อวัสดุราคาแพง" แต่เป็นเพราะโอ-ริงต้องทำงานร่วมกันในหลายเงื่อนไขพร้อมกัน ได้แก่ สุญญากาศ พลาสมา สารเคมีกัดกร่อนรุนแรง ห้องสะอาด (cleanroom) โครงสร้างระดับนาโน และการผลิตที่ต้องได้ผลผลิตสูง คุณค่าของมันจึงไม่ได้อยู่ที่เพียงแค่ "สามารถปิดผนึกได้" แต่อยู่ที่:

การปิดผนึกที่เชื่อถือได้ + ตกค้างต่ำ + ไม่เกิดการระเหย (outgassing) + ไม่หลุดร่อนเป็นอนุภาค + ไม่ปลดปล่อยไอออนโลหะ + ทนต่อพลาสมา + บรรจุภัณฑ์สะอาด + ความสม่ำเสมอระหว่างชุดผลิต + ตรวจสอบย้อนกลับได้

ดังนั้น แหวนโอ-ริงสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ควรจัดตำแหน่งให้เป็นวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับกระบวนการระดับพรีเมียมและชิ้นส่วนควบคุมมลพิษ แนวคิดหลักของเอกสารไวท์เพเปอร์สามารถเขียนได้ว่า

ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ความสามารถในการแข่งขันของแหวนโอ-ริงไม่ได้ขึ้นอยู่กับราคาต่อหน่วยของวัสดุ แต่ขึ้นอยู่กับผลรวมโดยรวมของงบประมาณการปนเปื้อน เวลาทำงานของกระบวนการ (process uptime) รอบเวลาการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน (PM cycle) ความเสี่ยงต่อผลผลิต (yield risk) และความสามารถในการติดตามแหล่งที่มาในห่วงโซ่อุปทาน (supply chain traceability capability) วัสดุ FFKM เป็นเพียงใบผ่านประตูเท่านั้น ส่วนเกณฑ์ที่แท้จริงซึ่งกำหนดขีดความสามารถในการแข่งขัน ได้แก่ ความบริสุทธิ์สูง ปริมาณสารตกค้างต่ำ ปริมาณอนุภาคต่ำ ปริมาณไอออนโลหะต่ำ ความต้านทานต่อไอออน และระบบการจัดส่งที่สะอาด