Kako se PTFE izmjenjivači koriste za hlađenje vrućih, korozivnih ispušnih plinova iz poluvodičkog alata za jetkanje plazme?

Unutar poluprovodničke komore za nagrizanje, divlja plazma razdire silicijum uz pomoć reaktivnih halogenih gasova-fluora, hlora, broma. Izduvni mlaz iz ove komore je vrući, kaustičan, mlaz čestica-koji se mora ohladiti prije nego što se može pravilno očistiti. Ovo ozbiljno hlađenje na prednjoj-liniji obezbjeđuje izmjenjivač topline koji ne radi sa jednostavnom, jednom kiselinom, već je okupan u haotičnom, miješanom-halogenom koktelu koji bi potrošio bilo koji metal. Paklena usluga. Hemijski imuno rješenje je PTFE izmjenjivač.

Plasma Etch Exhaust: hemijski agresivan protok
Reaktivni joni i neutralni radikali se stvaraju u alatu za jetkanje plazmom koristeći napajajuće gasove kao što su CF4, CHF3, Cl2, BCl3 i HBr u poluprovodničkom alatu za jetkanje plazmom. Ove vrste jetkaju slojeve silicijum dioksida, silicijum nitrida ili metala sa jakom anizotropijom. Ispušni tok iz procesne komore sadrži:

Nereagirani halogeni plinovi: hlor (Cl 2 ), brom (Br 2 ), fluor (F 2 ) i interhalogena jedinjenja.

Nusproizvodni halogenidi su SiCl₄, SiF₄, BCl₃, AlCl₃ i drugi metalni halogenidi.

Nusproizvodi čvrstih čestica: neisparljivi ostaci uključujući silicijum okside, aluminijum fluorid i fotootporni pepeo.

Halogenidi vodonika: HCl, HBr, HF proizvedeni u prisustvu vlage ili tokom operacija čišćenja komore.

Temperatura izduvnih gasova je obično između 50 stepeni i nešto ispod 100 stepeni u zavisnosti od recepture procesa i lokacije merenja. Potok je često opterećen kaustičnim parama i sadrži ljepljive, polimerizirane ostatke koji mogu začepiti tradicionalne površine za izmjenu topline. Svaki metalni izmjenjivač topline bi brzo prošao kroz intergranularni napad, udubljenje i koroziju pod naponom u ovom multi-halogenom okruženju.

Hemijski imuno rješenje PTFE izmjenjivač
PTFE izmjenjivač plazma nagrizanim izduvnim sustavom je obično dizajniran kao izmjenjivač topline s školjkom{0}}i-cijevi, s vrućim, korozivnim izduvnim gasom koji teče kroz PTFE cijevi i rashladnom vodom (voda iz postrojenja ili rashlađena voda) koja teče na strani kućišta. Ova konfiguracija postavlja hemijski zahtjevan tok unutar cijevi gdje je PTFE materijal potpuno inertan na sve halogene, halogenirane nusproizvode i mineralne kiseline. Voda za hlađenje (ne-korozivna) dodiruje vanjske površine PTFE cijevi i metalnog omotača (ponekad obloženog PTFE-om ili drugim fluoropolimerom radi dodatne zaštite).

PTFE snopovi cijevi nude niz ključnih prednosti u ovoj usluzi:

Univerzalna hemijska otpornost: na PTFE ne utiču fluor, hlor, brom, vodonik halogenidi i većina jedinjenja fluorougljenika. Ne korodira, ne izbacuje ione metala u ispušni tok.

Glatka površina koja se ne lepi: niska površinska energija PTFE-a inhibira adheziju lepljivih, polimerizovanih ostataka (npr. fluorougljičnih polimera ili nusproizvoda fotootpornosti). U stvari, ovi ostaci imaju tendenciju da se ljušte, a ne da se nakupljaju i stoga efikasnost prenosa toplote ostaje visoka.

Fleksibilna konstrukcija cijevi – PTFE cijevi su u određenoj mjeri fleksibilne. Cijevi su blago fleksibilne na vibracije, kruženje topline ili pulsiranje plina, pomažući pri odbacivanju svih čvrstih čestica koje bi inače mogle ostati na površini. Vertikalni položaj izmjenjivača dodatno povećava oslobađanje čestica gravitacijom.

Nema kontaminacije metalnim jonima: naslage metalnih halogenida koje mogu ubrzati habanje ili uzrokovati opasan otpad su spriječene da dođu do nizvodnih skrubera i vakuum pumpi.

PTFE hladnjak je fleksibilna, hemijski inertna pluća, koja udiše vrući, otrovni i abrazivni dah plazma nagrizanja i izdiše hladan, čist mlaz kojim se može bezbedno rukovati nizvodnim sistemom za čišćenje.

Dizajnerske karakteristike za pouzdan rad
Izbacivanje čestica u vertikalnom položaju
Većina PTFE izmjenjivača za hlađenje ispušnih plinova je okomito s vrućim plinom koji ulazi ili na vrhu ili na dnu. Konstrukcija školjke-i-konstrukcije je vertikalna što omogućava gravitaciji da pomogne u uklanjanju čvrstih čestica. Čestice taložene na unutrašnjoj površini PTFE cijevi imaju tendenciju pada, posebno u slučaju povremenog protoka plina ili tokom ciklusa održavanja, u kojima se izmjenjivač ispire dušikom. Izbjegavaju se horizontalni dizajni jer bi se čestice mogle nataložiti u donjoj tački cijevi i na kraju ometati prolaz plina i stoga smanjiti učinak hlađenja.

Plinski bočni aranžman
Obično korozivni izduvni gasovi prolaze kroz stranu cevi, a rashladna voda kroz stranu kućišta. Ovo je izbor koji pravimo:

Čišćenje strane cijevi: PTFE cijevi se mogu očistiti mehanički (npr. pražnjenjem ili ispiranjem) ili kemijski (npr. periodičnom recirkulacijom razrijeđene kiseline) bez izlaganja materijala ljuske neprijateljskim agensima.

Zaštita pod pritiskom: PTFE cijevi ne sadrže pritisak na isti način kao metalne cijevi. Međutim, školjka (često od nerđajućeg čelika obložena fluoropolimerom) drži pritisak rashladne vode, koji je inače blag (3-5 bara). Izduvni plinovi mogu biti blizu atmosferskog ili blago negativnog tlaka (vakuum iz nizvodne pumpe).

Small Footprint
Poluprovodničke fabrike su ograničene na prostor. PTFE izmjenjivači za ovu svrhu su napravljeni sa visokom gustinom cijevi (cijevi malog promjera, tipično 4-10 mm ID) kako bi se maksimiziralo područje prijenosa topline uz minimalnu zapreminu. Ponekad se koriste rebraste PTFE cijevi za povećanje koeficijenta prijenosa topline- na strani gasa, koji je prirodno loš zbog niske toplotne provodljivosti PTFE-a i protoka gasne faze.

Sigurnosna napomena: Test zadržavanja i curenja
Ispuh alata za jetkanje plazmom je vrlo opasan i obično piroforan kada su određeni metalni hidridi (npr. silan) prisutni u procesima čišćenja komore. Stoga svaki PTFE izmjenjivač koji se koristi u ovoj službi mora ispunjavati stroge sigurnosne zahtjeve:

Sekundarni spremnik: Izmjenjivač treba biti smješten u ventiliranom kavezu za zadržavanje curenja. U malo vjerovatnom slučaju kvara PTFE cijevi zbog mehaničkog habanja ili previsoke temperature, korozivni plin bi mogao pobjeći u krug rashladne vode ili u okolinu. Sekundarna ljuska, konstrukcija sa dvostrukim-zidovima i međuprostorni nadzor su visoko preporučeni. Za manje bitne instalacije senzor za detekciju curenja (npr. detektor halogenog gasa) je instaliran u izduvnoj haubi koja obuhvata izmenjivač.

Strogost ispitivanja curenja: Izmjenjivač mora biti testiran na curenje prije instalacije i u predviđenim intervalima (npr. godišnje ili u skladu sa sigurnosnom politikom fabrike). Test će se obično sastojati od:

Podesite pritisak na stranu cevi sa azotom do testnog pritiska (tj. . 1.1 x radni pritisak).

Za traženje mjehurića snop cijevi se može potopiti (ili se može koristiti otopina sapuna), ili se test curenja helijuma masenog spektrometra može koristiti za detekciju visoke osjetljivosti.

Nakon instalacije, testirajte stranu školjke na isti način.

Sljedivost materijala: Svi PTFE dijelovi (cijevi, cijevni listovi, zaptivke) će biti certificirani kao netaknuti PTFE bez bilo kakvog punjenja ili ponovnog mljevenja. Bilo koja nečistoća može biti početna tačka kvara kada je prisutan reaktivni halogen.

Radni nadzor: Često se provjerava pH ili provodljivost rashladne vode. Ako pH naglo padne ili provodljivost poraste, to ukazuje da je zid PTFE cijevi probijen i da kiseli izduvni plinovi propuštaju u rashladnu petlju. Kada se detektuje, alat se automatski blokira kako bi zaustavio rad i očistio izduvni vod.

Prednosti nizvodne zaštite za vakuum pumpe i perače
PTFE izmjenjivač je ključna, čvrsta i pouzdana komponenta koja štiti donju vakuum pumpu i okoliš. Zagrijani ispušni plin koji ulazi u čistač može rezultirati: Ako nije osigurano hlađenje

Termičko oštećenje unutrašnjosti perača Mnoge mokre perače imaju komponente od polipropilena ili PVC-a koje će omekšati na 60 stepeni C i više.

Manja efikasnost čišćenja: Halogeni gasovi su rastvorljiviji u hladnoj vodi. Hlađenje izduvnih gasova na 30-40 stepeni povećava efikasnost uklanjanja HCl, Cl2 i HF.

Kvar pumpe: Suve vakuum pumpe koje se koriste u fabrikama poluprovodnika (npr. vijčane pumpe, kandžaste pumpe) imaju male unutrašnje zazore. Okruženje unutar pumpe je često vruće i reaktivni plinovi mogu korodirati i stvoriti naslage koje mogu naknadno zaplijeniti ili kontaminirati ulje pumpe.

PTFE izmjenjivač hladi ispuh na sigurnu temperaturu (općenito 50 stupnjeva) omogućavajući nizvodnom scruberu i vakuum pumpi da rade u okviru svojih ograničenja dizajna, minimizirajući održavanje i sprječavajući neplanirane zastoje.

Zaključci: Hemijski imuni, esencijalni radni konj
PTFE izmjenjivač topline je osnovni, hemijski otporan radni konj za kontrolu oštrog, više-halogenog ispušnog plina iz instrumenta za nagrizanje plazme. To je jedan od hemijski najtežih tokova u čitavom postrojenju za proizvodnju poluprovodnika. Hladi vruće, korozivne plinove ispunjene čvrstim česticama i ljepljivim ostacima, te je otporan na napade fluora, hlora, broma i njihovih derivata. Vertikalni dizajn, konstrukcija PTFE cijevi i strogi procesi{4}}ispitivanja curenja osiguravaju pouzdan i siguran rad. Hemijski najinertniji materijali štite najnapredniju proizvodnju čipova – generirajuće procesore, memorijske čipove i uređaje za napajanje. PTFE izmjenjivač nije samo komponenta, već ključna sigurnost i zaštita okoliša, omogućavajući plazma jetkanje bez ugrožavanja čistoće, sigurnosti i produktivnosti fabrike.