CN115873359B - 一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及IPC C08L29领域，更具体地，涉及一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件。本发明制备得到的氟橡胶极细密封件，其横截面积≤0.2mm²，故能应用于密封高度小于0.5mm的缝隙，硬度ShoreA 60‑85，断裂伸长率≥140％，拉伸应力≥1.0N，拉伸强度≥10MPa，具有良好的力学性能，因此方便安装，并且能够紧密对静电吸盘缝隙进行有效密封，防止等离子体侵入吸盘内部对电极腐蚀，从而保护静电吸盘内部不被腐蚀，提高静电吸盘的使用寿命。

Description

一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及IPC C08L29领域，更具体地，涉及一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件。

背景技术

随着半导体行业的飞速发展，对半导体制程设备及其零部件的要求也更加严格。半导体设备的密封件不但要求耐高温耐刻蚀气体，现在对其尺寸和形状的要求也越来越严，静电吸盘在半导体工艺中，被用作硅片的夹持工具。在集成电路领域，静电吸盘相对于其他硅片夹持技术(机械卡盘、真空吸盘)有着明显优势，主要有三点：1.硅片表面无机械夹持，静电吸盘吸附力均匀，吸附时不会出现局部受力，不会对硅片表面产生伤痕；2.可以调节硅片的温度，均一性更好；3.可以减少硅片边缘排斥效应。在半导体的先进制程工艺中，静电吸盘的使用，十分普遍。

静电吸盘夹持系统一般是由上电极、电介质、下电极组成。在实际使用中，硅片充当上表面的电极，下电极和电介质被整合制造在一个器件中，即称为静电吸盘。静电吸盘通常是由陶瓷作为介电层和金属件作为下电极组成的一个整体，而介电层和电极即使结合在一起，由于材质悬殊大，制作工艺的限制，两者之间通常会有一条缝隙，通常小于3mm。不同制造厂商，生产的静电吸盘上的电极和介电质之间的缝隙也有所差异。实际使用时，等离子体等腐蚀性气体会在缝隙中有残留，一方面会破坏静电吸盘内部结构，另一方面该缝隙中会有污染颗粒影响刻蚀工艺的成功率。所以通常会用抗腐蚀的橡胶密封圈将缝隙覆盖，并定期更换，但该方法仅针对相对较大的缝隙(高度1-3mm)。而对于高度小于0.5mm的缝隙，如图1所示，由于材质不同，铆接在一起后会有0.2-1mm的间隙，目前没有合适的密封圈可以填补该缝隙。由于弹性体材质加工成面积很小的制品，极具挑战性。在集成电路领域，常被使用的抗腐蚀性能好的氟橡胶，撕裂性能比较差，使得用氟橡胶加工成极细密封产品更加困难。

现有技术中，公开号为CN115181379A的专利申请文件，公开了一种氟橡胶密封圈加工工艺，通过选用特定的原料进行密炼硫化，能够极大地降低半导体制造设备的密封成本且可以有效减少密封产品在等离子体环境下的颗粒物析出，但是其无法应用于高度小于0.5mm的缝隙。

公开号为CN114316473A的专利申请文件，公开了一种抗静电密封条及其制备方法，通过添加表面接枝的碳纳米管，能够提高密封条的抗静电性能和力学性能，但是其无法应用于高度小于0.5mm的缝隙。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物和无机填料。

优选的，所述无机填料和含氟聚合物的重量比为(1-10)：20。

优选的，所述含氟聚合物由四氟乙烯、全氟烷基乙基类化合物、全氟烷基乙烯基醚和交联单体共聚而成。

优选的，所述交联单体包括卤代物、腈类化合物中的一种或多种。

优选的，所述含氟聚合物包括交联单体为卤代物的含氟聚合物和/或交联单体为腈类化合物的含氟聚合物。

优选的，所述无机填料包括白炭黑、炭黑、硫酸钡、碳酸钙、钛酸钾、硼酸铝、氧化锌、氧化镁中的一种或多种；进一步优选的，为白炭黑和/或炭黑。

优选的，所述白炭黑和炭黑的重量比为(2-6)：1；进一步优选的，为4:1。

优选的，所述白炭黑包括第一白炭黑和/或第二白炭黑。

优选的，所述第一白炭黑的比表面积大于200m²/g，小于500m²/g；所述第二白炭黑的比表面积小于200m²/g。

优选的，所述第一白炭黑和第二白炭黑的重量比为(1-5)：1。

优选的，所述炭黑的粒径为200-300nm。

发明人意外发现，选用特定的含氟聚合物作为原料，极大提升了制备得到的氟橡胶极细密封件对于等离子体等物质的耐腐蚀能力，且通过添加特定的白炭黑作为无机填料，并控制其粒径范围，能够提高最终制备得到的氟橡胶极细密封件的制备成功率，而且特定的炭黑的加入，能够在保证成功率的同时，还能够使得制备得到的氟橡胶极细密封件的横截面积更小。此外，两种无机填料协同作用，能够提高氟橡胶极细密封件抗CF₄、O₂等气体腐蚀的能力。

发明人通过调节含氟聚合物和无机填料的重量比，能够调节制备得到的氟橡胶极细密封件的力学性能，使得制备得到的氟橡胶极细密封件在横截面积≤0.2mm²时，仍具有良好的硬度、断裂伸长率、拉伸应力、拉伸强度等力学性能，在其应用于静电吸盘缝隙中时，能够紧密地与其相连，尤其对于高度≤0.5mm的缝隙，氟橡胶极细密封件能够有效密封缝隙，防止等离子体侵入吸盘内部腐蚀电极，从而提高静电吸盘的使用寿命。

本申请第二方面提供了所述氟橡胶极细密封件的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼：含氟聚合物和无机填料在110-130℃下混炼成含氟聚合物组合物；

S2、开炼、薄通：将含氟聚合物组合物压制成厚度≤0.15mm的薄片；

S3、一体硫化成型：将含氟聚合物薄片置于模具之上，压模成型，即得。

优选的，所述步骤S1的具体实施方式为：将含氟聚合物投入温度为110-130℃的密炼机中捏炼60-120s后，将无机填料均分成2-5份，分批次加入密炼机中，每次加入都搅拌60-120s，待无机填料完全加入后，密炼60-120s后排胶；所述排胶温度＜150℃，排胶后得到含氟聚合物组合物。

优选的，所述步骤S2的具体实施方式为：将排胶后的含氟聚合物组合物放在开炼机上压延至厚度为3-5mm后，冷却停放4h以上，调节开炼机的辊距，将含氟聚合物组合物投入开炼机软化并使其包辊，缓慢添加硫化剂，左右割刀使其混合，待完全混合后，调整辊距至0.0；打三角包薄通3-5次，调整开炼机至合适的辊距，使出片厚度到达3-5mm，停放冷却12h以上，薄通至厚度≤0.15mm，得到塑炼含氟聚合物。

优选的，所述步骤S3的具体实施方式为：将塑炼含氟聚合物在140-190℃，压力为2-15MPa的条件下压模成型，即得。

所述硫化剂为双酚类硫化剂或过氧化物类硫化剂。

所述双酚类硫化剂为2,2-双(3-氨基-4-羟苯基)六氟丙烷

所述过氧化物类硫化剂为2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷

所述硫化剂的添加量为总原料的0.5-2.5wt％。

优选的，所述氟橡胶极细密封件，其横截面积≤0.2mm²，硬度ShoreA 60-85，断裂伸长率≥140％，拉伸应力≥1.0N，拉伸强度≥10MPa。

优选的，所述氟橡胶极细密封件的横截面包括但不限于圆形、椭圆形、长方形、正方形。

本申请第三方面提供了所述氟橡胶极细密封件的应用，应用于密封高度≤0.5mm的静电吸盘缝隙。

有益效果：

1、本申请通过选用特定的含氟聚合物作为原料，极大提升了制备得到的氟橡胶极细密封件对于等离子体等物质的耐腐蚀能力。

2、本发明通过添加特定的白炭黑作为无机填料，并控制其粒径范围，能够提高最终制备得到的氟橡胶极细密封件的制备成功率。

3、本发明通过加入特定的炭黑，能够在保证成功率的同时，还能够使得制备得到的氟橡胶极细密封件的横截面积更小；两种无机填料协同作用，能够提高氟橡胶极细密封件抗CF₄、O₂等气体腐蚀的能力。

4、本发明通过调节含氟聚合物和无机填料的重量比，能够调节制备得到的氟橡胶极细密封件的力学性能。

5、本发明通过采用特定的无飞边模压技术、一体硫化成型工艺，提高了极细密封件的制备成功率；提升成型后制品的致密性，延长了密封件的使用寿命；减少静电吸盘极细密封件更换频次。

6、本发明制备得到的氟橡胶极细密封件，其横截面积≤0.2mm²，故能应用于密封高度小于0.5mm的缝隙，硬度ShoreA 60-85，断裂伸长率≥140％，拉伸应力≥1.0N，拉伸强度≥10MPa，具有良好的力学性能，因此方便安装，并且能够紧密对静电吸盘缝隙进行有效密封，防止等离子体侵入吸盘内部对电极腐蚀，从而保护静电吸盘内部不被腐蚀，提高静电吸盘的使用寿命。

7、本发明制备得到的氟橡胶极细密封件适应于高度小于0.5mm的静电吸盘缝隙密封，可以覆盖静电吸盘上电极和介电质之间的缝隙，延长静电吸盘的使用寿命，降低工艺的成本，可应用于集成电路、面板显示、光学等静电吸盘缝隙密封技术领域。

附图说明

图1是静电吸盘结构简图；

图2是静电吸盘的剖视图；

图3是本申请的氟橡胶极细密封件的横截面示意图；

附图标记：1-绝缘陶瓷；2-ESC电极；3-基座；4-间隙。

具体实施方式

实施例

实施例1

实施例1提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，按重量份计，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物100份和无机填料20份。

所述含氟聚合物由四氟乙烯、全氟烷基乙基类化合物、全氟烷基乙烯基醚和交联单体共聚而成。

所述交联单体为卤代物。

所述含氟聚合物为交联单体为卤代物的含氟聚合物。

所述交联单体为卤代物的含氟聚合物购买自索尔维。

所述无机填料为白炭黑。

所述白炭黑为第一白炭黑和第二白炭黑。

所述第一白炭黑的比表面积大于200m²/g，小于500m²/g；所述第二白炭黑的比表面积小于200m²/g。

所述第一白炭黑和第二白炭黑的重量比为3：1。

所述比表面积大于200m²/g，小于500m²/g的白炭黑购买赢创-德固赛的AEROSIL380。

所述比表面积小于200m²/g的白炭黑购买自赢创-德固赛的AEROSIL 130。

一种氟橡胶极细密封件的制备方法，包括以下步骤：

S1、混炼：含氟聚合物和无机填料在120℃下混炼成含氟聚合物组合物；

S2、开炼、薄通：将含氟聚合物组合物压制成厚度为0.15mm的薄片；

S3、一体硫化成型：将含氟聚合物薄片置于模具之上，压模成型，即得。

所述步骤S1的具体实施方式为：将含氟聚合物投入温度为120℃的密炼机中捏炼100s后，将无机填料均分成3份，分批次加入密炼机中，每次加入都搅拌100s，待无机填料完全加入后，密炼100s后排胶；所述排胶温度为120℃，排胶后得到含氟聚合物组合物。

所述步骤S2的具体实施方式为：将排胶后的含氟聚合物组合物放在开炼机上压延至厚度为4mm后，冷却停放4h，调节开炼机的辊距，将含氟聚合物组合物投入开炼机软化并使其包辊，缓慢添加硫化剂，左右割刀使其混合，待完全混合后，调整辊距至0.0；打三角包薄通4次，调整开炼机至合适的辊距，使出片厚度到达4mm，停放冷却12h，薄通至厚度为0.15mm，得到塑炼含氟聚合物。

所述步骤S3的具体实施方式为：将塑炼含氟聚合物在170℃，压力为8MPa的条件下压模成型，即得。

所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷。

所述硫化剂的添加量为总原料的1.5wt％。

实施例2

实施例2提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例1，不同点在于：

按重量份计，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物100份和无机填料5份。

所述无机填料为白炭黑。

所述无机填料的比表面积大于200m^2/g，小于500m²/g。

所述比表面积大于200m^2/g，小于500m²/g的白炭黑购买自赢创-德固赛的AEROSIL380。

实施例3

实施例3提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例1，不同点在于：

按重量份计，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物100份和无机填料40份。

所述无机填料为白炭黑。

所述无机填料的比表面积小于200m^2/g。

所述比表面积小于200m^2/g的白炭黑购买自赢创-德固赛的AEROSIL 130。

实施例4

实施例4提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例1，不同点在于：

按重量份计，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物100份和无机填料40份。

所述含氟聚合物由四氟乙烯、全氟烷基乙基类化合物、全氟烷基乙烯基醚和交联单体共聚而成。

所述交联单体为腈类化合物。

所述含氟聚合物为交联单体为腈类化合物的含氟聚合物。

所述交联单体为腈类化合物的含氟聚合物购买自Sigma-aldrich。

所述无机填料为白炭黑和炭黑。

所述白炭黑和炭黑的重量比为4：1。

所述白炭黑的比表面积大于200m^2/g，小于500m²/g；所述炭黑的粒径为200-300nm。

所述比表面积大于200m^2/g，小于500m²/g的白炭黑购买自赢创-德固赛的AEROSIL380。

所述粒径为200-300nm的炭黑购买自德固赛的N-990。

实施例5

实施例5提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例1，不同点在于：

按重量份计，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物100份和无机填料40份。

所述含氟聚合物由四氟乙烯、全氟烷基乙基类化合物、全氟烷基乙烯基醚和交联单体共聚而成。

所述交联单体为卤代物和腈类化合物。

所述含氟聚合物包括交联单体为卤代物的含氟聚合物和交联单体为腈类化合物的含氟聚合物。

所述交联单体为卤代物的含氟聚合物和交联单体为腈类化合物的含氟聚合物的重量比为100：5。

所述交联单体为卤代物的含氟聚合物购买自Sigma-aldrich。

所述交联单体为腈类化合物的含氟聚合物购买自Sigma-aldrich。

所述无机填料为白炭黑和炭黑。

所述白炭黑和炭黑的重量比为4：1。

所述白炭黑的比表面积小于200m^2/g；所述炭黑的粒径为200-300nm。

所述粒径比表面积小于200m^2/g白炭黑购买自赢创-德固赛的AEROSIL 130。

所述粒径为200-300nm的炭黑购买自德固赛的N-990。

对比例1

对比例1提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例1，不同点在于：

所述无机填料为白炭黑。

所述白炭黑的粒径大于0.3μm。

所述粒径大于0.3μm的白炭黑购买自上海缘江的白炭黑YJ-1。

对比例2

对比例2提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例3，不同点在于：

按重量份计，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物100份和无机填料60份。

对比例3

对比例3提供了一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，具体实施方式同实施例5，不同点在于：原料中没有无机填料。

性能测试方法

1、硬度

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，采用GB/T 531.1-2008硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第一部分：邵氏硬度计法测定其邵氏硬度A，结果记入表1。

2、横截面积

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，显微镜测量并计算横截面积，结果记入表1。

3、断裂伸长率

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，采用ASTMD1414-94，测定其断裂伸长率，结果记入表1。

4、拉伸应力

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，采用ASTM D1414，测定其拉伸应力(定应力)，结果记入表1。

5、拉伸强度

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，采用ASTM D1414，测定其拉伸强度，结果记入表1。

6、耐腐蚀性能

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，测试条件：CF₄、O₂分别为75sccm、75sccm，测试温度为80℃，测试功率为800W，测试压力为250Pa，测试时间为200min。抗腐蚀性能的评估为测试前后氟橡胶极细密封件的失重百分比，失重百分比越小，说明密封件抗该种气体的腐蚀性越好。测试结果如表1所示。

7、成功率

对实施例1-5和对比例1-3所制备的氟橡胶极细密封件，每个实施例制备100个样品，成功制得横截面积≤0.2mm²的氟橡胶极细密封件，制备过程中不发生断裂，则记为合格，成功率＝合格的样品数/100*100％，结果记入表1。

表1

Claims (3)

1.一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，其特征在于，所述氟橡胶极细密封件的制备原料包括：含氟聚合物和无机填料；交联剂；所述含氟聚合物由四氟乙烯、全氟烷基乙基类化合物、全氟烷基乙烯基醚和交联单体共聚而成，所述交联单体为卤代物，所述含氟聚合物购买自索尔维；

所述无机填料和含氟聚合物的重量比为4：20；所述无机填料为白炭黑，所述第一白炭黑和第二白炭黑的重量比为3：1，所述白炭黑包括第一白炭黑和第二白炭黑，第一白炭黑的比表面积大于200m²/g，小于500m^2/g；所述第二白炭黑的比表面积小于200m²/g；

氟橡胶极细密封件的制备方法包括以下步骤：

S1、混炼：含氟聚合物和无机填料在110-130℃下混炼成含氟聚合物组合物；

S2、无飞边模压：将含氟聚合物组合物压制成厚度≤0.15mm的薄片；

S3、一体硫化成型：将含氟聚合物薄片置于模具之上，压模成形，即得；

所述用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件应用于密封高度小于0.5mm的静电吸盘缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，其特征在于，所述氟橡胶极细密封件的横截面积≤0.2mm²，硬度ShoreA 60-85，断裂伸长率≥140％，拉伸应力≥1.0N，拉伸强度≥10MPa。

3.根据权利要求1所述的一种用于保护静电吸盘缝隙的氟橡胶极细密封件，其特征在于，所述氟橡胶极细密封件的横截面包括但不限于圆形、椭圆形、长方形、正方形。