تولید نیتروژن برودتی برای تولید نیمه هادی

در زمینه تامین گاز الکترونیکی، خلوص و پایداری همیشه دو خط حیاتی موازی بوده است. تقاضاهای سختگیرانه تولید نیمه هادی برای گازهای اتمسفر، راه حل های تولید نیتروژن در سایت را از انتخاب های تک تکنولوژی- به سمت رویکردهای مهندسی سیستماتیک سوق داده است. Shenger Gas مدتهاست که در فناوری و تجهیزات جداسازی گاز صنعتی تخصص داشته و تخصص مهندسی جامد را در جداسازی هوای برودتی برای تولید نیتروژن جمع آوری کرده است. سیستم‌های تولید نیتروژن برودتی آن به طور فزاینده‌ای در برنامه‌های{5}پشتیبانی از گاز الکترونیکی با خلوص بالا به کار گرفته می‌شوند. این مقاله از چهار بعد-اصول فرآیند، مشخصات محصول، سازگاری سیستم و ملاحظات اقتصادی-چگونه فن‌آوری تولید نیتروژن برودتی به الزامات عرضه نیتروژن در حال افزایش-در صنعت نیمه‌رساناها می‌پردازد، بررسی می‌کند.

چرا نیتروژن با خلوص بالا-برای تولید نیمه هادی ضروری است

در کارخانه های نیمه هادی مدرن، نیتروژن یک ابزار کمکی نیست، بلکه یک ماده حیاتی است که مستقیماً در فرآیندهای هسته دخیل است. کاربردهای آن را می توان در سه سطح خلاصه کرد:

1. کنترل اتمسفر فرآیند: در لیتوگرافی، اچ کردن، رسوب{0} لایه نازک، و مراحل دیگر، نیتروژن به عنوان یک گاز محافظ بی اثر عمل می کند و گازهای راکتیو را جایگزین یا رقیق می کند تا پتانسیل اکسیداسیون را در اتمسفر محفظه دقیقاً کنترل کند. به عنوان مثال، در رسوب بخار شیمیایی، نوسانات در نرخ جریان نیتروژن به طور مستقیم بر یکنواختی فیلم و قابلیت پوشش گام تأثیر می گذارد.
2. پاکسازی و تمیز کردن: در طول تعمیر و نگهداری تجهیزات، تمیز کردن محفظه، و سوئیچینگ خط لوله، از نیتروژن با خلوص بالا{{0} برای پاکسازی گازها و ذرات فرآیند باقیمانده استفاده می‌شود. این برنامه به رطوبت و محتوای کل هیدروکربن موجود در نیتروژن بسیار حساس است-نقطه شبنم بالای 70 درجه می تواند خطرات اکسیداسیون غیرقابل قبولی را ایجاد کند.
3. انتقال و راندن: نیتروژن به عنوان یک حامل برای گازهای خشک تمیز، مقاوم در برابر نور، مواد شیمیایی و آب فوق{0} خالص را حمل می کند، در حالی که به عنوان منبع گاز محرک برای دریچه های پنوماتیک نیز عمل می کند. چنین برنامه‌هایی مستلزم پایداری فشار استثنایی هستند{2}}افت فشار آنی می‌تواند کل مقدار ویفر را از بین ببرد.

همانطور که عرض خطوط به سمت گره 3 نانومتری و فراتر می رود، حتی ناخالصی های اکسیژن یا بخار آب ppb-می توانند قدرت دی الکتریک اکسیدهای گیت را تغییر دهند. آستانه خلوص برای تولید نیتروژن در سایت از 99.999٪ قبلی به 99.9999٪ یا بیشتر افزایش یافته است، با کنترل ناخالصی از یک متریک محتوای اکسیژن به تجزیه و تحلیل طیف کامل- که CO، CO2، H2، و سایر گونه های کمیاب را پوشش می دهد.

منطق فنی اصلی فرآیند تولید نیتروژن برودتی

تولید نیتروژن برودتی مبتنی بر اصل اساسی جداسازی هوا است-با استفاده از اختلاف نقطه جوش بین اکسیژن و نیتروژن (-183 در مقابل{2}} درجه) از طریق تقطیر در دمای پایین-. برخلاف جذب نوسان فشار یا جداسازی غشاء، فرآیند برودتی می‌تواند به طور همزمان نرخ جریان بالا و خلوص فوق‌العاده-دو نیاز به ظاهر متناقض را مدیریت کند.

یک فرآیند تقطیر دو ستونی معمولی به شرح زیر است: هوای خام فشرده، از قبل سرد می‌شود و برای حذف H2O، CO2 و هیدروکربن‌ها خالص می‌شود، سپس برای خنک‌کردن تا دمای نزدیک به-مایع‌گرایی وارد مبدل حرارتی اصلی می‌شود. در ستون پایین، بخار بالارونده و مایع در حال سقوط تحت تقطیر اولیه قرار می‌گیرند تا هوای مایع غنی از نیتروژن-تولید شود. این هوای مایع گاز می گیرد و به عنوان مایع رفلاکس برای تقطیر ثانویه به بالای ستون فوقانی وارد می شود و در نهایت نیتروژن با خلوص بالا در بالای ستون بالا تولید می کند و مایع زباله غنی شده با اکسیژن در پایین تخلیه می شود.

پیچیدگی این فرآیند در تعادل سرد نهفته است. منبسط کننده برای جبران تلفات سرمای سیستم و تبرید مورد نیاز برای گرم شدن مجدد محصول، تبرید را فراهم می کند، در حالی که راندمان انتقال جرم بخار-تماس مایع در ستون تقطیر، حد بالایی خلوص محصول را تعیین می کند. کارخانه‌های نیتروژن برودتی مدرن، از طریق استفاده از بسته‌بندی ساختاریافته و توزیع‌کننده‌های با راندمان بالا، به کاهش ارتفاع ستون دست می‌یابند و در عین حال راندمان جداسازی را بهبود می‌بخشند، با مصرف انرژی تقریباً 15 تا 20 درصد کمتر از ستون‌های سینی غربال سنتی.

تجزیه و تحلیل سازگاری با فرآیندهای نیمه هادی

معرفی تولید نیتروژن برودتی به یک فاب نیمه هادی مستلزم تطبیق سیستماتیک با پارامترهای فنی زیر است:

1. سیستم تضمین خلوص: کارخانجات نیتروژن برودتی نیمه هادی{0} معمولاً مشخصات خلوص محصول O2 کمتر یا مساوی 0.1 ppm، CO2 کمتر یا مساوی 0.1 ppm، CO کمتر یا مساوی 0.05 ppm یا مساوی 0.05 ppm ({{{{0} یا H₂) مساوی 0.05 ppm، و H₂ برابر با {{{0} یا H2} ppm) درجه را هدف قرار می دهند. . کلید دستیابی به این اهداف در سیستم تصفیه اولیه-و قابلیت اطمینان آنالایزرهای آنلاین نهفته است. چرخه سوئیچینگ، دمای بازسازی و منحنی خنک کننده جاذب های غربال مولکولی به طور مستقیم اثربخشی تصفیه را تعیین می کند. علاوه بر این، خطر تجمع هیدروکربن در کندانسور-گرم کن اصلی باید از طریق نظارت مداوم و خونریزی منظم اکسیژن مایع مدیریت شود.
2. قابلیت پاسخگویی بار: تولید نیمه‌رسانا ویژگی‌های چرخه‌ای متمایزی را نشان می‌دهد، که به سیستم تولید نیتروژن نیاز دارد تا محدوده تنظیم بار گسترده 30%-105% را در خود جای دهد. گیاهان برودتی می‌توانند تغییرات بار را در عرض چند دقیقه با تنظیم پره‌های راهنمای ورودی منبسط کننده و نرخ استخراج محصول تکمیل کنند، در حالی که خلوص اساساً بی‌تأثیر باقی می‌ماند - قابلیتی که روش‌های جداسازی PSA یا غشایی نمی‌توانند به راحتی با آن مطابقت داشته باشند.
3. معماری قابلیت اطمینان تامین: برای تولیدات تراشه‌های منطقی یا تراشه‌های حافظه، یک وقفه در تامین نیتروژن پنج دقیقه‌ای می‌تواند به میلیون‌ها دلار ضرر منجر شود. سیستم‌های نیتروژن برودتی معمولاً با یک پیکربندی N+1 آماده به کار-چندین جعبه سرد که به صورت موازی کار می‌کنند، تکمیل می‌شوند و با یک سیستم پشتیبان نیتروژن مایع تکمیل می‌شوند که امکان تغییر سطح میلی‌ثانیه{4}}در شرایط اضطراری را فراهم می‌کند.

ملاحظات اجرایی اقتصادی و مهندسی

اگرچه سرمایه‌گذاری اولیه برای تولید نیتروژن برودتی بیشتر از سایر گزینه‌های{0}}تولید نیتروژن در سایت است، مزایای آن در سناریوهای جریان متوسط-تا-در طول چرخه عمر کامل قابل توجه است. هنگامی که تقاضای گاز از 500 نیوتن متر در ساعت فراتر می رود، مصرف توان ویژه فرآیند برودتی می تواند به 0.18-0.22 کیلووات ساعت در نیوتن متر مکعب برسد، در حالی که PSA در این محدوده جریان به 0.35 کیلووات ساعت در نیوتن متر مکعب می رسد. قطعات متحرک در یک کارخانه برودتی محدود به کمپرسورها و منبسط کننده ها هستند. ستون تقطیر و مبدل‌های حرارتی تجهیزات ثابتی هستند که در شرایط عملیاتی عادی نیازی به تعمیر و نگهداری مکرر ندارند.

در اجرای مهندسی، ارتفاع جعبه سرد معمولاً بین 15 تا 25 متر است که نیاز به برنامه ریزی قبلی برای دسترسی بالابر و بار پایه- ظرفیت باربری دارد. لوله‌کشی نیتروژن محصول توصیه می‌شود از لوله EP 316L با زبری سطح داخلی Ra کمتر یا مساوی 0.4 میکرومتر استفاده کنید. کروماتوگراف‌های گازی آنلاین باید در مجاورت نقاط نمونه‌برداری نصب شوند و خطوط نمونه‌برداری تا 80 درجه یا بالاتر گرم و عایق شده باشند. کانال های تحلیلی اضافی نیز توصیه می شود.

چارچوب تصمیم گیری انتخاب فناوری به شرح زیر است: برای تقاضای مداوم > 1000 نیوتن متر مکعب در ساعت، برودت اولویت است. برای 300-1000 نیوتن متر مکعب در ساعت، مقایسه جامع مورد نیاز است. برای کمتر از 300 Nm³/h، PSA یا عرضه نیتروژن مایع ممکن است ارزیابی شود. اگر ناخالصی های کل کمتر از 1 ppm با مشخصات اجزای متعدد مورد نیاز باشد، عملاً کرایوژنیک تنها انتخاب است. برای پایه های تولید نیمه هادی با مشخصات 8 اینچی و بزرگتر، تولید نیتروژن برودتی به راه حل استاندارد شناخته شده جهانی تبدیل شده است.

معرفی فناوری تولید نیتروژن برودتی در حوزه نیمه هادی ایجاب می کند که تامین کنندگان نه تنها ترمودینامیک جداسازی هوا بلکه الزامات میکروسکوپی که ساخت ویفر بر کیفیت گاز اعمال می کند را نیز درک کنند-این درک متقابل{1} دقیقاً پل شناختی است که بیشتر نیاز به ساختن آن بین شرکت های جداکننده موتورهای جداسازی هوای سنتی است.