一文看懂氟聚合物在半導體矽片生産工藝中的應用

半導體矽片是半導體制造的核心材料，它的生産加工涉及精密抛光、研磨、蝕刻、清洗等工序，這個過程中需要用到一些高純度化學品，比如氫氟酸（HF）、氯化氫（HCI）、氫氧化鈉（NaOH）等強酸、強堿，從而對加工配件、管路輸送儲存的材料提出了耐腐蝕、耐化學品的超高要求，而氟聚合物是唯一可以容納和運輸制造過程中使用的高純度化學品的材料，實現半導體制造需要的極高穩定性和純度。

矽片生産工藝涉及的部分化學品

氟聚合物在半導體矽片生産過程中的應用，主要分為兩部分：

• 矽片加工過程中的配件及封裝材料
• 加工所需化學品的儲存和輸送

氟聚合物主要有氟塑料、氟橡膠和氟塗料，包括聚四氟乙烯（PTFE）、可溶性聚四氟乙烯（PFA）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）、乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）及FKM（氟橡膠）等。

氟聚合物為何如此特殊呢？作為高分子材料的一種，氟聚合物由于具有許多特殊的結構，如氟原子較低的極化率，強的電負性，C-F鍵能高，因而，氟聚合物呈現出很高的耐熱性、耐化學腐蝕性、耐久性和耐候性，特别是對許多溶劑、各種酸堿的不活潑性，地可燃性以及低表面能（既不親油也不親水）等。

C-F鍵特征和氟聚合物特性

由于半導體尺寸極小，即使最輕微的污染也可能損害其性能，要減少微雜質造成的潛在污染或損害，在制造過程中保持微芯片的清潔至關重要。半導體制造涉及超高純度化學品和溶劑，而氟聚合物表現出優異的耐化學腐蝕性，無雜質析出，半導體制造設備使用氟聚合物來增強抗腐蝕性，并防止可能引入污染物的浸出。

半導體相關氟材料廠商有：科慕、AGC、索爾維、大金氟化工、霓佳斯、德清科賽、日氟榮等。

在濕法加工過程中，将半導體晶圓進行清洗、蝕刻然後再次清洗，以去除蝕刻過程中積累的光刻膠和殘留物。氟樹脂具有耐化學性和高純度，制成的晶圓籃和其他在濕法加工過程中支撐晶圓的組件，以保護化學品和晶圓表面免受雜質和污染的影響。

圖: PFA 晶片花籃

半導體制造濕法蝕刻工序的清洗裝置中，清洗晶片時所用的浴槽和水槽等可由PTFE或PFA制成，避免污染。

圖: 蝕刻清洗槽

除發熱體之外，全部使用氟樹脂材質制成，用于半導體清洗工藝中化學品的加熱、保溫。

ETFE 薄膜具有優異的耐熱性、耐化性、不粘性、柔韌性，在半導體的封裝工序中，ETFE薄膜為業界常用的離型膜。

圖: 半導體離型ETFE薄膜，日氟榮

用氟樹脂PTFE制成的發泡用具組件，可以通過向多孔狀PTFE薄片送入空氣，從而産生泡沫，通過細小的泡沫可有效地實施化學品的攪拌和清洗，用于半導體制造工序中晶片的清洗和化學品的攪拌。

PTFE 樹脂用作高純度過濾膜，對去除工藝流體和氣體中的顆粒污染至關重要。PFA樹脂可用作過濾器的外殼和配件，特别适用于在半導體行業的強腐蝕性化學品和氣體過濾。

圖: 濾芯

PFA和PTFE 樹脂都可以内襯于或直接用于制作儲存和輸送超純和腐蝕性化學品儲罐和容器。與内部接觸部分用氟樹脂覆蓋，能夠維持化學品的純度。

氟樹脂廣泛用于半導體制造過程中的各種制造裝備，用于輸送高純度的化學品和氣體，一般用作從儲罐至使用部位的化學品供應管。

圖: 軟管

半導體用氟樹脂管具有優異的耐化學性、耐熱性，表面光滑易清洗，氟離子溶解析出少，耐臭氧性優良等特點，可防止管道系統中的超純且具有腐蝕性化學品被污染。

圖 管件、接頭

此外，管表面加入條紋狀導電性PFA部分的管具有屏蔽效果，可防止火花放電導緻的火災事故，用于需避免電磁幹擾的電子精密機器附近的高純度化學品及氣體移送。

氟橡膠具有優異的耐熱性和耐化學性能，對化學品的金屬溶解析出少，高溫環境下也很少釋放氣體，因此可用做清洗裝置、塗料機、顯像機、濕式蝕刻裝置、過濾裝置等設備以及管道、閥門的密封材料，也是氧化、擴散、離子注入、薄膜形成等工序中熱處理裝置的最佳密封材料。

根據制程情況以及應用部件要求的不同，需要的密封圈氟橡膠材質性能有所區别。

圖源：霓佳斯

由高純度PFA 和 PTFE 樹脂制成或襯套的配件，以确保關鍵連接件具有最高完整性，為泵、壓力調節器、流量計和閥門提供所需的防污染保護。

半導體制造潔淨室的排氣管道系統要求嚴格的防火标準，排氣用的通風裝置，常使用阻燃性和耐藥品性能優越的氟塗料，氟塗層具有優異的防腐性以及表面光滑性，抑制粉末顆粒、污染物的積累。

來源：艾邦高分子