氟橡膠密封的刻蝕機(jī)理和使用特性

半導(dǎo)體工業(yè)中的等離子加工對于氟橡膠真空密封是一個富有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。在高溫和等離子條件下實現(xiàn)的密封能力對于使設(shè)備的運(yùn)行時間和制造良率最大化是至關(guān)重要的。密封和各種等離子間的物理和/或化學(xué)相互作用，可能產(chǎn)生粒子或泄漏，導(dǎo)致橡膠密封變壞。溫度影響密封的刻蝕速率，也一定會影響機(jī)械強(qiáng)度。目前在聚合物材料，密封制造和密封設(shè)計方面的改進(jìn)已經(jīng)得到了性能和壽命更佳的氟橡膠密封。

本文中使用了半導(dǎo)體加工常用的幾種刻蝕氣體對氟橡膠密封的刻蝕機(jī)理和使用特性進(jìn)行了研究。有機(jī)光刻膠用O2、CF4/O2和SF6/O2刻蝕，得到揮發(fā)性產(chǎn)物CO2、CO和CH4。硅化物和硅用NF3刻蝕，得到揮發(fā)性產(chǎn)物SiF3和SiF4。

全氟橡膠材料刻蝕機(jī)理概述

全氟橡膠（FFKM）主要由二種全氟化單體、四氟乙烯（TEE）和全氟（烷基乙烯基）組成。這些材料的優(yōu)良性質(zhì)主要與由這些異分子聚合的全氟化單體單元組成的聚合物主鏈的惰性有關(guān)。全氟橡膠也是交聯(lián)的以提高橡膠的相關(guān)性質(zhì)。這樣，作為功能團(tuán)的少量單體就與全氟化單體單元異分子聚合。例如，腈功能團(tuán)（perfluoro-8-cyano-5-methyl-3，6-dioxa-1-octene)就值得關(guān)注?？梢约尤胩畛鋭ㄈ缌蛩徜^、二氧化硅、碳黑或氧化鈦等）降低成本和/或改變性質(zhì)。

半導(dǎo)體密封應(yīng)用要求橡膠材料純度高、產(chǎn)生微粒少、化學(xué)抗蝕性優(yōu)良、能在高達(dá)325℃下工作。關(guān)于純度，接觸等離子刻蝕加工時，密封材料會產(chǎn)生刻蝕而在工作室內(nèi)放出有害組分。某些元素（例如F）可望揮發(fā)而直接排出工作腔，其它一些雜質(zhì)（例如Au、Fe、Cu等）就可能導(dǎo)致缺陷。為了保證高純度密封，對原材料和密封制造的監(jiān)控是極為重要的。全氟橡膠密封由幾種成分和/或填充劑組成，它們在不同工藝氣體中刻蝕速率的差異可能導(dǎo)致微粒的產(chǎn)生。對應(yīng)用的了解將改進(jìn)密封材料的選擇。C-F結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會得到優(yōu)良的化學(xué)抗蝕性，碳-氟鍵離解能是552kJ/mol，而碳與氯、溴和碘之間的鍵離解能分別是397、288和209kJ/mol。將鍵離解能較大的交聯(lián)單元組合可望增加熱穩(wěn)定性，也許會提高等離子抗蝕性。

來自等離子的入射通量包含離子、中子、電子和光子（圖1）。物理機(jī)理包含濺射，從高能粒子向襯底的動量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致原子或離子的發(fā)射和離子注入。對密封的物理轟擊可能使刻蝕增加，這是因為由于表面粗糙或鍵斷裂降低了化學(xué)加工的能壘。當(dāng)然，偏置會對物理轟擊有影響。正離子通過（在典型的半導(dǎo)體加工中的）鞘加速并撞擊晶圓，而負(fù)離子很少參與表面反應(yīng)。

徹底了解系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)是有挑戰(zhàn)性的，首先要了解原子團(tuán)吸附率、各物質(zhì)的解吸率、反應(yīng)速率和表面擴(kuò)散。表面速率限制一般是各物質(zhì)的吸附或解吸。分子對表面的物理吸附是指van der Walls鍵合，分子很易在整個表面擴(kuò)散?；瘜W(xué)吸附是對表面的強(qiáng)化學(xué)鍵合且是放熱的（E～0.4-4eV）?？偟恼f來，加工過程受入射通量、表面加工工藝、逸出通量、溫度、功率、偏置、氣壓、反應(yīng)可能性、反應(yīng)速率、反應(yīng)產(chǎn)物和能量的影響。