氟材料是指分子结构中含有氟原子的一类高分子合成材料,以其卓越的耐化学性、耐高低温性、低介电常数、低摩擦系数和憎水憎油性而闻名。
今天给大家简答介绍一下氟材料的分类、氟材料在半导体行业中的应用以及相关企业。
一、氟材料的分类
主要可以分为以下几大类:
1. 氟树脂(塑料)
这是应用最广泛的一类氟材料,通常为半结晶性聚合物。
聚四氟乙烯 (PTFE):俗称“塑料王”。具有最优异的化学惰性、宽广的使用温度(-190℃~260℃)、极低的摩擦系数和介电常数。但其缺点是难以加工(通常采用烧结成型)且机械性能较差。
全氟(乙烯-丙烯)共聚物 (FEP):可以看作是PTFE的改性版本,引入了丙烯单元。它保留了PTFE的大部分优良特性,但熔点更低,可以采用熔融挤出等热塑性塑料的加工方式,使其在管线衬里和线缆绝缘方面应用广泛。
可熔性聚四氟乙烯 (PFA):同样是为了改善PTFE的加工性能而开发。它的性能与PTFE非常接近,耐温性优于FEP,同时也能进行熔融加工,常用于制造要求极高的半导体级管道、阀门和容器。
聚偏氟乙烯 (PVDF):机械强度高、耐辐射性好,并且具有压电性和热电性。其化学耐性略低于PTFE/FEP/PFA,但对卤素和氧化剂仍有很好的抵抗能力。常用于制造泵、管道和洁净室建材。
乙烯-四氟乙烯共聚物 (ETFE):具有优异的抗冲击强度、耐磨性和抗撕裂性,机械性能是氟树脂中最好的之一。常用于芯片承载器、线缆护套等。
四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物 (PFA):(常与上面的PFA归为一类,性能类似)。
聚三氟氯乙烯 (PCTFE):对气体的阻隔性极好,透湿性极低,常用于高纯化学品的包装。
2.氟橡胶(FKM)
氟橡胶是在主链或侧链含有氟原子的弹性体,以其极佳的耐高温和耐化学品(尤其是油类、燃料、酸和溶剂)性能而著称。
在半导体中,主要用于制造O型圈、密封圈、隔膜等动态或静态密封件,用于真空腔室、泵阀和腐蚀性化学品输送系统中。
3.全氟醚橡胶(FFKM)
可以看作是氟橡胶的“终极”版本,其分子链中完全不含氢原子,仅由碳、氧和氟原子构成。
具有超越FKM的耐化学性和耐极端高温性能(可达300℃以上),几乎能抵抗所有化学品的侵蚀。
在半导体中,用于最严苛的工艺环节,如等离子体蚀刻、化学气相沉积 (CVD) 腔体的关键密封,是确保工艺腔体超高真空和不受污染的关键材料。
4. 氟涂料和氟流体
氟涂料:用于为设备部件提供抗粘、耐腐蚀的保护层。
氟流体:如全氟聚醚(PFPE),具有化学惰性、不燃性和热稳定性,常用于半导体设备的真空泵油和导热冷却液。
二、在半导体制造中的应用
半导体制造是极其精密的工业过程,对材料的纯度、稳定性和耐腐蚀性要求近乎苛刻。氟材料因其独一无二的特性,几乎贯穿了整个芯片制造流程。
核心需求:
超高纯度:避免引入金属离子等杂质污染晶圆。
卓越的耐化学性:抵抗强酸(氢氟酸、硫酸、硝酸、盐酸)、强碱、强氧化剂、高活性等离子体和各种高纯溶剂的侵蚀。
耐高温性:适应CVD、扩散、离子注入等高温工艺。
低释气性:在真空环境下不会释放出气体分子,避免破坏真空度和污染腔室。
出色的电气性能:如低介电常数,适用于电气绝缘部件。
具体应用场景:
1. 高纯化学品输送系统
管道和管线:PFA 是制造超高纯化学品(如硫酸、氢氟酸、双氧水、蚀刻液、光刻胶溶剂)输送管道的首选材料。其内壁光滑,防止颗粒附着,且不会析出污染物。
阀门、接头、泵和储罐:PTFE、PFA、PVDF 被广泛用于制造这些系统的关键部件,确保整个输送路径的纯净和耐腐蚀。
2. 晶圆加工设备(Fab Equipment)
工艺腔室部件:
蚀刻(Etching)和CVD腔体:内部的喷淋头(Showerhead)、气体分配盘、聚焦环(Focus Ring)、腔室内衬(Liner) 等大量使用PTFE、PFA等材料制造,以承受腐蚀性工艺气体(如CF₄, SF₆, Cl₂)和等离子体的轰击。
密封件:腔室门、视窗、电极导入等处的静态和动态密封,根据工况严重程度,依次使用FKM(一般工况)和FFKM(极端工况)。FFKM是确保腔体在高腐蚀性等离子体环境中维持超高真空的关键。
湿法工艺(Wet Bench):
用于晶圆清洗、蚀刻的槽体、花篮、卡具等常使用PVDF或PP(聚丙烯)内衬,但关键部件和高端应用会使用PFA。
3. 先进光刻技术 (Lithography)
EUV 光刻胶:极紫外(EUV)光刻是生产7nm以下芯片的关键技术。新一代的含氟化学放大光刻胶正在被开发,因为氟原子对EUV光有较高的吸收效率,可以提高光刻灵敏度和分辨率。
4. 化学机械抛光(CMP)
抛光垫载体膜:CMP抛光设备的抛光头中有一层关键薄膜,用于向下均匀传递压力并保持晶圆。PTFE涂层或复合膜因其抗粘性和化学稳定性而被应用于此。
5. 真空系统
真空泵:半导体设备的干式泵和分子泵广泛使用FFKM作为密封材料。同时,全氟聚醚 (PFPE) 油也常用作真空泵的工作流体,因其具有极低的蒸气压和化学惰性。
6. 线缆与连接器
在具有腐蚀性气氛的厂务环境中,FEP、ETFE 被用作关键传感器和线缆的绝缘护套,保证信号传输的稳定和设备安全。
三、江苏氟材料相关企业
江苏旭氟新材料有限公司:PTFE槽体、PTFE花篮、PTFE加工件、PTFE CUPPITE板棒膜材料。
南京肯特复合材料股份有限公司:PTFE/PCTFE/PPA/P1/PEEK制品。
无锡海创半导体有限公司:全氟硅密封圈、门板、MKS、真空阀门、ESC。
沸点密封科技(江苏)有限公司:全氟硅KK/KH/KS以及氟系列全系0-Ring。
江阴市江南氟塑有限公司:PVDF管配件、高纯度PFA衬里隔膜阀。
江苏瑞氟超净科技有限公司:超纯PFA管/PFA棒/PFA板、PCTFE管/棒。
意氟密封件(无锡)有限公司:四氟模压管、四氟模压板、四氟薄膜。
迅势科技(苏州)有限公司:高纯PFAR隔膜阀、高纯PFAR接头、高纯PFAR管材、传感、泵。
米克纳精密科技(苏州)有限公司:PFA气动隔膜阀(3/4"、1/2"、1/4"、1/8" 等)。
江苏德荣特新材料有限公司:PTFE软管、PFA管、冷却用橡胶管、卡套接头。
江苏祥健新材料科技有限公司:PTFE制品、PFA制品、PCTFE制品。
南通金沐霖流体科技有限公司:PFA,软管、波纹管、弹簧管、接头、阀门;PTFE/PVDF/PP,接头、阀门、非标定制件化学品接头。
昆山市台圣材料科技有限公司:半导体特种工程塑料设计加工制造、PP/PVC机柜槽体清洗机通风柜、PEEK、PTFE加工、高性能工程塑料板材。
江苏林炜新材料有限公司:------
苏州安和达塑胶制品有限公司:PEEK, PVDF, PP, PTFE, PI。
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