În domeniul alimentării electronice cu gaz, puritatea și stabilitatea au fost întotdeauna două linii de salvare paralele. Cerințele stricte ale producției de semiconductori pentru gazele atmosferice au determinat soluțiile de-generare de azot la fața locului să evolueze de la alegeri unice-tehnologice către abordări sistematice de inginerie. Shenger Gas s-a specializat de mult timp în tehnologia și echipamentele industriale de separare a gazelor, acumulând expertiză solidă în inginerie în separarea criogenică a aerului pentru producția de azot. Sistemele sale de generare a azotului criogenic sunt din ce în ce mai des utilizate în aplicații de suport pentru gaze electronice de înaltă puritate-. Acest articol examinează, din patru dimensiuni-principii de proces, specificațiile produsului, compatibilitatea sistemului și considerentele economice-modul în care tehnologia de generare a azotului criogenic abordează cerințele din ce în ce mai stricte-de aprovizionare cu azot ale industriei semiconductoarelor.
De ce azotul cu puritate ridicată-este indispensabil pentru producția de semiconductori
În fabricile moderne de semiconductori, azotul nu este o utilitate auxiliară, ci un material critic implicat direct în procesele de bază. Aplicațiile sale pot fi rezumate la trei niveluri:
- Controlul atmosferei procesului: în litografie, gravare, depunerea de film subțire-și în alte etape, azotul servește ca gaz protector inert, înlocuind sau diluând gazele reactive pentru a controla cu precizie potențialul de oxidare din atmosfera camerei. În depunerea chimică în vapori, de exemplu, fluctuațiile debitului de azot afectează direct uniformitatea filmului și capacitatea de acoperire a treptei.
- Purjare și curățare: în timpul întreținerii echipamentelor, curățării camerei și comutării conductelor, azotul de înaltă{0}}puritate este utilizat pentru a curăța gazele reziduale de proces și particulele. Această aplicație este extrem de sensibilă la umiditate și conținutul total de hidrocarburi în azot-un punct de rouă peste -70 de grade poate introduce riscuri de oxidare inacceptabile.
- Transport și conducere: în calitate de purtător de gaze curate și uscate, azotul transportă fotorezist, substanțe chimice și apă ultra-pură, servind în același timp drept sursă de gaz de antrenare pentru supapele pneumatice. Astfel de aplicații necesită o stabilitate excepțională a presiunii-căderile instantanee de presiune pot elimina loturi întregi de napolitane.
Pe măsură ce lățimea liniilor avansează spre nodul de 3 nm și mai departe, chiar și impuritățile de oxigen la nivel ppb-sau vaporii de apă pot modifica rezistența dielectrică a oxizilor de poartă. Pragul de puritate pentru generarea-de azot pe amplasament a crescut de la 99,999% anterior la 99,9999% sau mai mare, cu controlul impurităților extinzându-se de la o singură măsurătoare a conținutului de oxigen la analiza cu spectru complet-care acoperă CO, CO₂, H₂ și alte urme de specii.
Logica tehnică de bază a procesului de generare a azotului criogenic
Generarea de azot criogenic se bazează pe principiul fundamental al separării aerului-exploatând diferența de punct de fierbere dintre oxigen și azot (-183 de grade față de. -196 grade ) prin distilare la-temperatura scăzută. Spre deosebire de adsorbția prin fluctuație de presiune sau separarea prin membrană, procesul criogenic poate gestiona simultan debite mari și puritate ultra--două cerințe aparent contradictorii.
Un proces obișnuit de distilare cu două-coloană se desfășoară după cum urmează: aerul brut este comprimat, pre-răcit și purificat pentru a îndepărta H₂O, CO₂ și hidrocarburile, apoi intră în schimbătorul de căldură principal pentru răcire la temperatura de lichefiere apropiată de-. În coloana inferioară, vaporii care se ridică și lichidul care scade sunt supuși distilarii primare pentru a produce aer lichid bogat-azot. Acest aer lichid este reglat și alimentat în partea superioară a coloanei superioare ca lichid de reflux pentru distilarea secundară, producând în cele din urmă azot de puritate ridicată-la partea superioară a coloanei superioare, cu lichid rezidual îmbogățit cu oxigen-deversat în partea de jos.
Rafinamentul acestui proces constă în echilibrul rece. Expansorul asigură refrigerare pentru a compensa pierderile de frig ale sistemului și refrigerarea necesară pentru încălzirea produsului, în timp ce eficiența transferului de masă al contactului vapor-lichid în coloana de distilare determină limita superioară finală a purității produsului. Instalațiile moderne de azot criogenic, prin aplicarea ambalajelor structurate și a distribuitoarelor cu eficiență ridicată-, realizează o înălțime redusă a coloanei, îmbunătățind în același timp eficiența separării, cu un consum de energie cu aproximativ 15%-20% mai mic decât coloanele tradiționale cu sită.
Analiza de compatibilitate cu procesele semiconductoare
Introducerea generării de azot criogenic într-o fabrică de semiconductori necesită o potrivire sistematică cu următorii parametri tehnici:
- Sistem de asigurare a purității: plantele cu azot criogenic de calitate-semiconductorului vizează, de obicei, specificațiile de puritate ale produsului de O₂ mai mică sau egală cu 0,1 ppm, CO₂ mai mică sau egală cu 0,1 ppm, CO mai mică sau egală cu 0,05 ppm și H₂ O (punct de rouă) mai puțin sau egal cu 76{6} Cheia pentru atingerea acestor obiective constă în sistemul de purificare frontal-și fiabilitatea analizoarelor online. Ciclul de comutare, temperatura de regenerare și curba de răcire a adsorbitorilor site moleculare determină în mod direct eficacitatea purificării. În plus, riscul acumulării de hidrocarburi în condensatorul-reîncălzitor principal trebuie gestionat prin monitorizare continuă și scurgere regulată de oxigen lichid.
- Capacitate de răspuns la sarcină: producția de semiconductori prezintă caracteristici ciclice distincte, necesitând ca sistemul de generare a azotului să accepte o gamă largă de ajustare a sarcinii de 30%-105%. Instalațiile criogenice pot finaliza schimbările de sarcină în câteva minute prin ajustarea paletelor de ghidare a admisiei expansoarelor și a ratelor de extracție a produsului, puritatea rămânând practic neafectată - o capacitate pe care PSA sau metodele de separare cu membrană nu o pot egala cu ușurință.
- Arhitectura de fiabilitate a aprovizionării: pentru cipuri logice sau cipuri de memorie, o întrerupere a aprovizionării cu azot de cinci-minute poate duce la pierderi de ordinul a milioane de dolari. Sistemele de azot criogenic sunt de obicei proiectate cu o configurație de așteptare N+1 mai multe cutii frigorifice care funcționează în paralel, completate de un sistem de rezervă cu azot lichid care permite comutarea la nivel de milisecunde-în condiții de urgență.
Considerații de implementare economică și de inginerie
Deși investiția inițială pentru generarea de azot criogenic este mai mare decât alte opțiuni de producție de azot-la fața locului, avantajele acesteia devin semnificative în scenariile de debit mediu-și-pe parcursul întregului ciclu de viață. Când cererea de gaz depășește 500 Nm³/h, consumul specific de energie al procesului criogenic poate fi de până la 0,18-0,22 kWh/Nm³, în timp ce PSA la acest interval de debit se apropie de 0,35 kWh/Nm³. Piesele mobile dintr-o instalație criogenică sunt limitate la compresoare și expansoare; coloana de distilare și schimbătoarele de căldură sunt echipamente statice care nu necesită întreținere frecventă în condiții normale de funcționare.
În implementarea ingineriei, înălțimile cutiei frigorifice variază de obicei între 15 și 25 de metri, necesitând o planificare prealabilă a accesului la ridicare și a capacității portante-de încărcare a fundației. Se recomandă utilizarea conductelor de azot de produs pentru a utiliza tuburi 316L EP cu o rugozitate internă a suprafeței Ra Mai mică sau egală cu 0,4 μm. Cromatografele de gaze online trebuie instalate în imediata apropiere a punctelor de prelevare, cu linii de eșantionare încălzite și izolate la 80 de grade sau mai mult. De asemenea, sunt recomandate canale analitice redundante.
Cadrul de decizie de selecție a tehnologiei este următorul: Pentru cererea continuă > 1.000 Nm³/h, criogenia este prioritară; pentru 300-1.000 Nm³/h, este necesară o comparație cuprinzătoare; pentru < 300 Nm³/h, se poate evalua alimentarea cu PSA sau cu azot lichid. Dacă sunt necesare impurități totale < 1 ppm cu specificații pentru mai multe componente, criogenia este practic singura alegere. Pentru bazele de fabricație a semiconductorilor cu specificații de 8 inci și mai mari, generarea de azot criogenic a devenit soluția standard recunoscută universal.
Introducerea tehnologiei de generare a azotului criogenic în domeniul semiconductorilor cere ca furnizorii să înțeleagă nu numai termodinamica separării aerului, ci și cerințele microscopice pe care fabricarea plachetelor le impune calității gazului.
