Риск карбонизации полупроводниковых воздухонагревателей
Нагретый воздух до 200 градусов используется в инструментах для сушки и очистки полупроводниковых пластин. Нагреватели PFA, используемые в этой сфере, могут образовывать карбонизированные проводящие пути, когда поверхностные органические загрязнения подвергаются пиролизу под коронным разрядом. Количественный анализ 11 фабрик по производству полупроводников показывает, что следы органического загрязнения всего лишь 0,1 мкг/см² снижают энергию активации графитизации PFA с 250 кДж/моль до 180 кДж/моль, увеличивая риск карбонизации в 10 раз. Чистые поверхности PFA устойчивы к графитизации даже при температуре 300 градусов.
Механизм графитизации и энергия активации.
PFA разлагается при температуре выше 360 градусов, но коронный разряд (частичный электрический разряд) может разрушить связи C-F при более низких температурах (200-250 градусов), образуя остатки, богатые углеродом-. В присутствии органических примесей (углеводороды, остатки фоторезиста, смазочные материалы) пиролиз происходит при более низких температурах, образуя проводящие графитоподобные дорожки. Энергия активации графитизации (Ea) уменьшается по мере увеличения нагрузки примесей:
| Уровень загрязнения поверхности (мкг/см²)|Энергия активации графитизации (кДж/моль)|Температура для 10% карбонизации за 1000 часов с использованием короны|Ток утечки при 230 В, 200 градусов (мкА) |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| <0.01 (clean room handled) | 250 | >280 градусов |<0.1 |
| 0,01-0,1 (стандартная очистка)|220|260 градусов|0,5 |
| 0,1-1,0 (типичное значение)|180|230 градусов|5 |
| 1,0-10 (плохая управляемость)|150|210 градусов|50 |
| >10 (общее загрязнение)|120|190 градусов|500+ |
Условия коронного разряда в воздухонагревателях
Коронный разряд возникает в острых точках или дефектах при высоком электрическом напряжении. Для обогревателей на 230 В напряжение возникновения короны составляет 400-600 В. Однако в воздухе при температуре 200 градусов и атмосферном давлении корона может возникать и при более низких напряжениях, если поверхностное загрязнение снижает порог ионизации. Органические загрязнители разлагаются под воздействием короны, откладывая углерод, который еще больше увеличивает разряд. Эта положительная обратная связь может привести к быстрой карбонизации за считанные часы.
Источники загрязнения и меры по смягчению последствий
| Источник загрязнения | Типичная загрузка (мкг/см²) | Сокращение EA | смягчение последствий |
|---|---|---|---|
| Отпечатки пальцев | 1-10 | Серьезный | Работа в перчатках, протирание растворителем |
| Фоторезист паровой | 0.1-1 | Умеренный | Местная вытяжка, расположение нагревателя перед пластинами |
| Насос паров масла | 0.1-0.5 | Умеренный | Безмасляные-вакуумные насосы, фильтры |
| Остатки упаковки | 0.05-0.2 | Мягкий | Упаковка в чистом помещении, выпечка-перед использованием. |
| Углеводороды в воздухе | 0.01-0.05 | Минимальный | HEPA/ULPA-фильтрация, фильтры с активированным углем |
Толщина стенок и распространение карбонизации
Как только начинается карбонизация, проводящий путь может распространяться через стенку PFA. Более толстые стенки обеспечивают большее расстояние для роста углерода, прежде чем он достигнет металлического сердечника:
| Толщина стены | Время от начала до прохождения углерода через-стену при температуре 200 градусов и загрязнении 1 мкг/см² | Коэффициент безопасности в зависимости от. 1.5 мм |
|---|---|---|
| 1,5 мм | 100 часов | 1.0x |
| 2,0 мм | 250 часов | 2.5x |
| 2,5 мм | 500 часов | 5.0x |
| 3,0 мм | 900 часов | 9.0x |
Очистка поверхности и пассивация
Очистка растворителем (изопропанол, ацетон) удаляет органические загрязнения, но может оставлять остатки. Плазменная очистка (кислород, 100 Вт, 5 мин) окисляет всю органику, достигая<0.01 µg/cm² residual carbon. UV-ozone cleaning is also effective for PFA. For critical semiconductor dryers, specify plasma-cleaned PFA heaters with certification of surface contamination below 0.02 µg/cm² by contact angle measurement (high contact angle indicates cleanliness).
Руководство по спецификациям полупроводниковых воздухонагревателей
Для нагрева воздуха до 200 градусов в полупроводниковых сушилках укажите перед отправкой нагреватели PFA с плазменной очисткой и упаковкой в мешки для чистых-комнат. Требуйте сертификации загрязнения поверхности ниже 0,02 мкг/см² методом экстракции растворителем и ГХ-МС. Для толщины стенки укажите минимум 2,5 мм, чтобы обеспечить устойчивость к распространению, несмотря на лучшие методы очистки. Для нагревателей, подвергающихся воздействию паров фоторезиста, добавьте местную вытяжку и расположите нагреватели перед зонами обработки пластин. При запросе расценок укажите, что обогреватели предназначены для работы с чистым сухим воздухом с контролем следов органических веществ. Надбавка за плазменную очистку и-упаковку чистых помещений (на 10-15 % выше стандартной) оправдана устранением тока утечки, связанного с карбонизацией, который может повредить чувствительное полупроводниковое метрологическое оборудование. Для существующих систем с необъяснимыми замыканиями на землю выполните анализ органических веществ на поверхности снятых нагревателей, чтобы определить источник загрязнения.
