HDPCVD流程中的关键密封

在HDPCVD过程中延伸临界密封件的寿命
挑战

随着半导体行业继续投资300毫米晶圆制造，聚光灯正在进行过程改进，对工艺设备进行了更大的要求。在HDPCVD过程中，弹性体密封材料可以是薄弱的环节，因为需要在预防性维护（PM）程序中的密封替代品。

CVD平台上的密封材料的详尽测试表明，通过仔细选择密封材料，可以减少污染的潜在风险和平均时间（MTBR）。最近全氟弹性体（FFKM）密封技术的突破承诺密封寿命的显着改善和室内颗粒污染的潜在降低。

解决方案

国际研究中心IMEC（Leuven，Belgium）的角色之一是证明下一代技术，包括晶圆制造设备的原型为其战略合作伙伴（图1）。这是通过复制行业中的典型工艺条件来完成的，然后将材料和设备推动到预期的生产水平需求3 - 5年之前。设施中有几个“独一无二的”工具，学习周期对于支持研发需求至关重要。

O形圈密封置换的成本显着。用于CVD室的完整密封套件可花费5000欧元（〜7400美元）。该组织在其Centura中测试了顶部喷嘴，闸阀和涡轮阀和涡轮阀和粗加工阀门位置的各种FFKM密封件^®Ultima 200 mm高密度等离子体CVD平台。

两种类型的FFKM O形环在膦（pH3），氧（O2），硅烷（SIH4）和三氟化氮（NF3）等离子体清洁气体的环境中在顶部喷嘴位置广泛地攻击。这些密封件在某些位置也表现出高应力的迹象 - 可能是通过这种类型的典型的高温偏移引起的。在浅沟槽隔离（STI）和内部电介质（IMD）沉积应用中观察到类似的问题。

由较旧的FFKM化合物（通常是纳米二氧化硅或金属氧化物填充）组成的O形圈，其位于粗加工阀中并暴露于所有气体，特别是NF3等离子体是开裂和变形。必须每5000个晶片循环更换这些密封件。这意味着从泵线上拆下隔离阀，进行泄漏检查，清洁工艺套件并将腔室关闭材料成本，安装时间和劳动力。用闸阀密封观察到类似的结果，其中O形环经受机械应力以及重物的化学侵蚀。

关键优势

卡雷斯^®在一些最关键的密封位置测试9100个全氟弹性体零件。最初，在相同的过程环境中使用5000个循环的等效服务时间。9100密封件在隔离阀和顶部喷嘴位置中出现不起作用，并且没有裂缝的迹象（图2）。

工程师确定下一代O形环承受10,000个循环，并且可以进一步延伸这一寿命。由于无需拆下顶部喷嘴或卸下隔离阀，之后也无需进行泄漏。基于这些结果，用户可以预期的是CVD平台中的密封寿命的双重甚至三倍。IMEC计划将所有职位的FFKM密封件更改为Kalrez^®9100密封件，从200毫米线开始。预期在300毫米工具中预期类似的结果。