У области електронског снабдевања гасом, чистоћа и стабилност су увек биле две паралелне линије спасавања. Строги захтеви производње полупроводника за атмосферске гасове подстакли су-решења за производњу азота на локацији да еволуирају од појединачних-технолошких избора ка систематским инжењерским приступима. Схенгер Гас се дуго специјализовао за технологију и опрему индустријског одвајања гаса, акумулирајући солидну инжењерску експертизу у криогеном одвајању ваздуха за производњу азота. Његови криогени системи за производњу азота се све више примењују у апликацијама за подршку електронским гасовима високе{5}}чистоће. Овај чланак испитује, на основу четири димензије-процесних принципа, спецификација производа, компатибилности система и економских разматрања-како технологија производње азота криогеном задовољава све-оштре захтеве за снабдевање азотом у индустрији полупроводника.
Зашто је азот{0}}високе чистоће неопходан за производњу полупроводника
У модерним фабрикама полупроводника, азот није помоћна помоћ, већ критични материјал директно укључен у основне процесе. Његове примене се могу сажети на три нивоа:
- Контрола атмосфере процеса: У литографији, нагризању, таложењу танких-филмова и другим корацима, азот служи као инертни заштитни гас, замењујући или разблажујући реактивне гасове да би прецизно контролисао оксидациони потенцијал у атмосфери коморе. У хемијском таложењу паре, на пример, флуктуације у брзини протока азота директно утичу на униформност филма и способност покривања корака.
- Пречишћавање и чишћење: Током одржавања опреме, чишћења коморе и пребацивања цевовода, азот високе{0}}чистоће се користи за пречишћавање заосталих процесних гасова и честица. Ова апликација је изузетно осетљива на влагу и укупан садржај угљоводоника у азоту-тачка росе изнад -70 степени може да уведе неприхватљиве ризике од оксидације.
- Преношење и вожња: Као носач за чисте суве гасове, азот преноси фоторезист, хемикалије и ултра{0}}чисту воду, а истовремено служи и као извор гаса за пнеуматске вентиле. Такве апликације захтевају изузетну стабилност притиска-тренутни падови притиска могу да одбаце читаве партије плочица.
Како ширине линија напредују ка чвору од 3 нм и даље, чак и нечистоће кисеоника или водене паре на нивоу ппб- могу да промене диелектричну чврстоћу оксида капије. Праг чистоће за-генерисање азота на лицу места је порастао са ранијих 99,999% на 99,9999% или више, при чему се контрола нечистоћа проширила са једне метрике садржаја кисеоника на анализу пуног- спектра која покрива ЦО, ЦО₂, Х₂ и друге врсте у траговима.
Основна техничка логика процеса генерисања криогеног азота
Криогено стварање азота се заснива на основном принципу одвајања ваздуха-користећи разлику у тачки кључања између кисеоника и азота (-183 степена наспрам. -196 степена) кроз дестилацију на ниској-температури. За разлику од адсорпције промене притиска или мембранског одвајања, криогени процес може истовремено да се носи са високим протоком и ултра-високом чистоћом – два наизглед контрадикторна захтева.
Типичан процес дестилације са две -колоне се одвија на следећи начин: сирови ваздух се компримује, претходно-охлађује и пречишћава да би се уклонили Х2О, ЦО₂ и угљоводоници, а затим улази у главни измењивач топлоте ради хлађења до скоро-температуре течности. У доњој колони, пара која се диже и течност која пада пролазе кроз примарну дестилацију да би се произвео течни ваздух-богат азотом. Овај течни ваздух се пригушује и доводи до врха горње колоне као рефлукс течност за секундарну дестилацију, дајући на крају азот високе -чистоће на врху горње колоне, са кисеоником{7}}обогаћеном отпадном течношћу која се испушта на дну.
Софистицираност овог процеса лежи у хладној равнотежи. Експандер обезбеђује хлађење да би се надокнадили губици хладноће у систему и хлађење потребно за поновно-загревање производа, док ефикасност преноса масе контакта са паром{2}}течности унутар дестилационе колоне одређује крајњу горњу границу чистоће производа. Модерна постројења за криогену производњу азота, применом структурисаног паковања и високо{4}}ефикасних дистрибутера, постижу смањену висину колоне уз побољшање ефикасности сепарације, са потрошњом енергије за приближно 15%-20% нижом од традиционалних колона са ситама.
Анализа компатибилности са процесима полупроводника
Увођење криогеног стварања азота у фабрику полупроводника захтева систематско усклађивање са следећим техничким параметрима:
- Систем обезбеђења чистоће: Криогене азотне фабрике полупроводника- обично циљају спецификације чистоће производа од О₂ мање од или једнако 0,1 ппм, ЦО₂ мање или једнако 0,1 ппм, ЦО мање од или једнако 0,05 ппм и Х₂О мање од 6 степена росе до 6 степена росе или једнако Кључ за постизање ових циљева лежи у предњем-систему за пречишћавање и поузданости онлајн анализатора. Преклопни циклус, температура регенерације и крива хлађења адсорбера са молекуларним ситом директно одређују ефикасност пречишћавања. Поред тога, ризик од акумулације угљоводоника у главном кондензатору-прегрејачу мора да се контролише кроз континуирано праћење и редовно испуштање течног кисеоника.
- Способност одговора на оптерећење: Производња полупроводника показује различите цикличне карактеристике, захтевајући да систем за производњу азота прилагоди опсег подешавања оптерећења од 30%-105%. Криогена постројења могу да доврше промене оптерећења у року од неколико минута подешавањем улазних лопатица експандера и брзина екстракције производа, при чему чистоћа остаје суштински непромењена – способност са којом се ПСА или методе раздвајања мембране не могу лако ускладити.
- Архитектура поузданости снабдевања: За фабрикове логичких или меморијских чипова, прекид снабдевања азотом од пет-минута може да доведе до губитака величине милиона долара. Криогени азотни системи су типично дизајнирани са Н+1 конфигурацијом у стању приправности-више расхладних комора које раде паралелно, допуњене резервним системом течног азота који омогућава пребацивање-нивоа у милисекунди током ванредних услова.
Економска и инжењерска разматрања имплементације
Иако је почетна инвестиција у криогено стварање азота већа од осталих-опција за производњу азота на лицу места, његове предности постају значајне у сценаријима средње{1}}до-великог протока током целог животног циклуса. Када потражња за гасом пређе 500 Нм³/х, специфична потрошња енергије криогеног процеса може бити чак 0,18-0,22 кВх/Нм³, док се ПСА у овом опсегу протока приближава 0,35 кВх/Нм³. Покретни делови у криогеном постројењу су ограничени на компресоре и експандере; колона за дестилацију и измењивачи топлоте су статична опрема која не захтева често одржавање у нормалним условима рада.
У инжењерској имплементацији, висине расхладних комора се обично крећу од 15 до 25 метара, што захтева унапред планирање приступа за подизање и носивости темеља{2}}. Препоручује се употреба цеви за азот производа од 316Л ЕП са храпавостом унутрашње површине Ра мањом или једнаком 0,4 μм. Гасни хроматографи на мрежи треба да буду инсталирани у непосредној близини места за узорковање, са линијама за узорковање загрејаним и изолованим на 80 степени или више. Препоручују се и редундантни аналитички канали.
Оквир за одлучивање о избору технологије је следећи: За континуирану потражњу > 1.000 Нм³/х, криогена је приоритет; за 300-1.000 Нм³/х, потребно је свеобухватно поређење; за < 300 Нм³/х, може се проценити снабдевање ПСА или течним азотом. Ако су потребне укупне нечистоће < 1 ппм са спецификацијама више компоненти, криогена је практично једини избор. За базе производње полупроводника са спецификацијама од 8 инча и већим, стварање криогеног азота је постало универзално признато стандардно решење.
Увођење технологије производње криогеног азота у домен полупроводника захтева да добављачи разумеју не само термодинамику одвајања ваздуха већ и микроскопске захтеве које производња плочица поставља на квалитет гаса-ово унакрсно-дисциплинарно разумевање је управо когнитивни мост који већина компанија треба да изгради између традиционалних компанија које се баве производњом ваздуха.
