Elektroniskās gāzes piegādes jomā tīrība un stabilitāte vienmēr ir bijušas divas paralēlas glābšanas līnijas. Stingrās prasības, kas attiecas uz pusvadītāju ražošanu atmosfēras gāzēm, ir pamudinājušas-uz vietas ražotus slāpekļa ģenerēšanas risinājumus attīstīties no vienas{{2}tehnoloģijas izvēles uz sistemātiskām inženierijas pieejām. Shenger Gas jau sen ir specializējies rūpniecisko gāzu atdalīšanas tehnoloģijās un iekārtās, uzkrājot pamatīgu inženierzinātņu pieredzi kriogēnā gaisa atdalīšanā slāpekļa ražošanai. Tā kriogēnās slāpekļa ģenerēšanas sistēmas arvien vairāk tiek izmantotas augstas -tīrības elektroniskās gāzes atbalsta lietojumos. Šajā rakstā četrās dimensijās ir aplūkoti procesa principi,{7}}produktu specifikācijas, sistēmas saderība un ekonomiskie apsvērumi,-kā kriogēnā slāpekļa ģenerēšanas tehnoloģija risina arvien stingrās prasības par slāpekļa piegādi pusvadītāju nozarē.
Kāpēc augstas{0}}tīrības slāpeklis ir neaizstājams pusvadītāju ražošanā
Mūsdienu pusvadītāju ražotnēs slāpeklis nav palīgierīce, bet gan būtisks materiāls, kas tieši iesaistīts pamatprocesos. Tās lietojumus var apkopot trīs līmeņos:
- Procesa atmosfēras kontrole: litogrāfijā, kodināšanā, plānās{0} plēves uzklāšanā un citos posmos slāpeklis kalpo kā inerta aizsarggāze, aizstājot vai atšķaidot reaktīvās gāzes, lai precīzi kontrolētu oksidācijas potenciālu kameras atmosfērā. Piemēram, ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā slāpekļa plūsmas ātruma svārstības tieši ietekmē plēves viendabīgumu un pakāpienu pārklājuma spēju.
- Attīrīšana un tīrīšana: iekārtu apkopes, kameru tīrīšanas un cauruļvadu pārslēgšanas laikā augstas{0}}tīrības slāpeklis tiek izmantots, lai attīrītu procesa atlikušās gāzes un daļiņas. Šis lietojums ir ārkārtīgi jutīgs pret mitrumu un kopējo ogļūdeņražu saturu slāpeklī-rasas punkts virs -70 grādiem var radīt nepieņemamu oksidācijas risku.
- Pārvadāšana un braukšana: kā tīru, sausu gāzu nesējs, slāpeklis transportē fotorezistu, ķimikālijas un īpaši{0}}tīru ūdeni, vienlaikus kalpojot arī kā pneimatisko vārstu virzošās gāzes avots. Šādām lietojumprogrammām ir nepieciešama izcila spiediena stabilitāte-momentālie spiediena kritumi var iznīcināt veselas vafeļu partijas.
Līniju platumam virzoties uz 3 nm mezglu un tālāk, pat ppb- līmeņa skābekļa vai ūdens tvaiku piemaisījumi var mainīt aizbīdņu oksīdu dielektrisko izturību. Tīrības slieksnis uz vietas esošai slāpekļa ražošanai ir pieaudzis no iepriekšējiem 99,999% līdz 99,9999% vai vairāk, piemaisījumu kontrolei paplašinoties no vienas skābekļa satura metrikas līdz pilna -spektra analīzei, kas aptver CO, CO₂, H₂ un citas mikrosugas.
Kriogēnā slāpekļa ģenerēšanas procesa galvenā tehniskā loģika
Kriogēnā slāpekļa ģenerēšanas pamatā ir gaisa atdalīšanas pamatprincips,{0}}izmantojot viršanas temperatūras starpību starp skābekli un slāpekli (-183 grādi pret. -196 grādiem), izmantojot zemas temperatūras destilāciju. Atšķirībā no spiediena svārstību adsorbcijas vai membrānas atdalīšanas, kriogēnais process var vienlaikus izturēt lielu plūsmas ātrumu un īpaši -augstu tīrību — divas šķietami pretrunīgas prasības.
Tipisks dubultās -kolonnas destilācijas process notiek šādi: neapstrādāts gaiss tiek saspiests, iepriekš-dzesēts un attīrīts, lai noņemtu H₂O, CO₂ un ogļūdeņražus, un pēc tam nonāk galvenajā siltummainī, lai atdzesētu līdz gandrīz -sašķidrināšanas temperatūrai. Apakšējā kolonnā augošie tvaiki un krītošais šķidrums tiek primāri destilēti, lai iegūtu ar slāpekli{4}} bagātu šķidru gaisu. Šis šķidrais gaiss tiek droselēts un tiek padots augšējās kolonnas augšpusē kā atteces šķidrums otrreizējai destilācijai, galu galā iegūstot augstas -tīrības slāpekli augšējā kolonnas augšdaļā, bet apakšā tiek izvadīts ar skābekli{7}}bagātināts atkritumu šķidrums.
Šī procesa sarežģītība slēpjas aukstuma līdzsvarā. Paplašinātājs nodrošina dzesēšanu, lai kompensētu sistēmas aukstuma zudumus un produkta atkārtotai sasilšanai nepieciešamo dzesēšanu, savukārt tvaiku -šķidruma kontakta masas pārneses efektivitāte destilācijas kolonnā nosaka produkta tīrības maksimālo robežu. Mūsdienu kriogēnās slāpekļa iekārtas, izmantojot strukturētu iepakojumu un augstas -efektivitātes sadalītājus, samazina kolonnas augstumu, vienlaikus uzlabojot atdalīšanas efektivitāti, un enerģijas patēriņš ir par aptuveni 15–20% mazāks nekā tradicionālajām sietu paplātes kolonnām.
Saderības analīze ar pusvadītāju procesiem
Kriogēnā slāpekļa ģenerēšanas ieviešanai pusvadītāju ražotnē ir nepieciešama sistemātiska saskaņošana ar šādiem tehniskajiem parametriem:
- Tīrības nodrošināšanas sistēma: pusvadītāju -pakāpes kriogēnās slāpekļa rūpnīcas parasti nosaka produkta tīrības specifikācijas: O₂ mazāks vai vienāds ar 0,1 ppm, CO₂ mazāks vai vienāds ar 0,1 ppm, CO mazāks vai vienāds ar 0,05 ppm un ūdens attīrīšanas punkts. -76 grādi . Šo mērķu sasniegšanas atslēga ir priekšējā-attīrīšanas sistēma un tiešsaistes analizatoru uzticamība. Molekulāro sietu adsorberu pārslēgšanas cikls, reģenerācijas temperatūra un dzesēšanas līkne tieši nosaka attīrīšanas efektivitāti. Turklāt ogļūdeņražu uzkrāšanās risks galvenajā kondensatorā-sildītājā ir jāpārvalda, izmantojot nepārtrauktu uzraudzību un regulāru šķidrā skābekļa noplūdi.
- Slodzes reakcijas spēja: pusvadītāju ražošanai ir atšķirīgas cikliskās īpašības, tādēļ slāpekļa ģenerēšanas sistēmai ir jāpielāgo 30%-105% plašs slodzes regulēšanas diapazons. Kriogēnās iekārtas var pabeigt slodzes izmaiņas dažu minūšu laikā, pielāgojot paplašinātāja ieplūdes virzošās lāpstiņas un produkta ekstrakcijas ātrumu, un tīrība būtībā paliek nemainīga — šo iespēju nevar viegli saskaņot ar PSA vai membrānas atdalīšanas metodēm.
- Piegādes uzticamības arhitektūra: loģikas mikroshēmām vai atmiņas mikroshēmām piecu{0}}minūšu slāpekļa padeves pārtraukums var radīt zaudējumus aptuveni miljonu dolāru apmērā. Kriogēnās slāpekļa sistēmas parasti ir konstruētas ar N+1 gaidstāves konfigurāciju-vairākām aukstumkastēm, kas darbojas paralēli, ko papildina šķidrā slāpekļa rezerves sistēma, kas nodrošina milisekundes-līmeņa pārslēgšanu ārkārtas apstākļos.
Ekonomiskie un inženiertehniskie ieviešanas apsvērumi
Lai gan sākotnējie ieguldījumi kriogēnā slāpekļa ražošanā ir lielāki nekā citās{0}}uz vietas esošajās slāpekļa ražošanas iespējās, tā priekšrocības kļūst nozīmīgas vidējas-līdz-lielas plūsmas scenārijos visā dzīves ciklā. Kad gāzes pieprasījums pārsniedz 500 Nm³/h, kriogēnā procesa īpatnējais jaudas patēriņš var būt pat 0,18–0,22 kWh/Nm³, savukārt PSA šajā plūsmas diapazonā tuvojas 0,35 kWh/Nm³. Kriogēnās iekārtas kustīgās daļas ir ierobežotas ar kompresoriem un paplašinātājiem; destilācijas kolonna un siltummaiņi ir statiskas iekārtas, kurām parastos darbības apstākļos nav nepieciešama bieža apkope.
Inženiertehniskajā ieviešanā aukstumkastes augstums parasti svārstās no 15 līdz 25 metriem, tāpēc ir iepriekš jāplāno piekļuve pacelšanai un pamatu slodzes{2}}nestspēja. Produkta slāpekļa cauruļvadiem ieteicams izmantot 316L EP caurules ar iekšējās virsmas raupjumu Ra Mazāks vai vienāds ar 0,4 μm. Tiešsaistes gāzu hromatogrāfi jāuzstāda tiešā tuvumā paraugu ņemšanas vietām, un paraugu ņemšanas līnijām jābūt apsildāmām un izolētām līdz 80 grādiem vai augstāk. Ieteicami arī lieki analītiskie kanāli.
Tehnoloģijas izvēles lēmumu sistēma ir šāda: nepārtrauktam pieprasījumam > 1000 Nm³/h, kriogēnais ir prioritāte; pie 300-1000 Nm³/h ir nepieciešams visaptverošs salīdzinājums; ja < 300 Nm³/h, var novērtēt PSA vai šķidrā slāpekļa padevi. Ja nepieciešami kopējie piemaisījumi < 1 ppm ar vairāku komponentu specifikācijām, kriogēns ir praktiski vienīgā izvēle. Pusvadītāju ražošanas bāzēm ar 8 collu un lielākām specifikācijām kriogēnā slāpekļa ģenerēšana ir kļuvusi par vispāratzītu standarta risinājumu.
Kriogēnās slāpekļa ģenerēšanas tehnoloģijas ieviešana pusvadītāju jomā prasa, lai piegādātāji saprastu ne tikai gaisa atdalīšanas termodinamiku, bet arī mikroskopiskās prasības, ko plāksnīšu izgatavošana nosaka gāzes kvalitātei. -Šī krusteniskā-disciplīnu izpratne ir tieši izziņas tilts, kas visvairāk jāveido starp tradicionālajiem gaisa atdalīšanas uzņēmumiem un pusvadītāju iekārtu inženieriem.
