كيف يتم استخدام مبادلات PTFE في تبريد العادم الساخن المسبب للتآكل من أداة حفر البلازما لأشباه الموصلات؟

داخل حجرة حفر أشباه الموصلات، تقوم البلازما المتوحشة بتمزيق السيليكون بموجة من غازات الهالوجين التفاعلية-الفلور والكلور والبروم. إن تيار العادم من هذه الغرفة عبارة عن تيار ساخن، كاوي، محمّل بالجسيمات- ويجب تبريده قبل أن يتم تنظيفه بشكل صحيح. يتم توفير هذا التبريد الشديد للخط الأمامي- عن طريق مبادل حراري لا يتعامل مع حمض بسيط ومفرد، ولكن يتم غمره في مزيج فوضوي ومختلط من الهالوجين- والذي من شأنه أن يستهلك أي معدن. الخدمة الجهنمية. الحل المناعي كيميائيًا هو مبادل PTFE.

عادم حفر البلازما: تدفق عدواني كيميائيًا
يتم إنشاء الأيونات التفاعلية والجذور المحايدة في أداة حفر البلازما باستخدام غازات التغذية مثل CF4، وCHF3، وCl2، وBCl3، وHBr في أداة حفر البلازما شبه الموصلة. تقوم هذه الأنواع بحفر ثاني أكسيد السيليكون أو نيتريد السيليكون أو طبقات معدنية ذات تباين قوي. يحتوي تيار العادم من غرفة العملية على:

غازات الهالوجين غير المتفاعلة: الكلور (Cl2)، البروم (Br2)، الفلور (F2)، ومركبات ما بين الهالوجينات.

هاليدات المنتجات الثانوية هي SiCl₄، SiF₄، BCl₃، AlCl₃ وهاليدات معدنية أخرى.

المنتجات الثانوية الجسيمية الصلبة:-بقايا الطعام غير المتطايرة بما في ذلك أكاسيد السيليكون، وفلوريد الألومنيوم، والرماد المقاوم للضوء.

هاليدات الهيدروجين: HCl، HBr، HF يتم إنتاجها في وجود الرطوبة أو أثناء عمليات تنظيف الغرفة.

تتراوح درجة حرارة غاز العادم عادةً بين 50 درجة وأقل بقليل من 100 درجة اعتمادًا على وصفة العملية وموقع القياس. غالبًا ما يكون التيار محملاً بأبخرة كاوية ويحتوي على بقايا لزجة مبلمرة يمكن أن تسد أسطح التبادل الحراري التقليدية. أي مبادل حراري معدني سيتعرض سريعًا لهجوم بين الخلايا الحبيبية، والتنقر، والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في هذه البيئة الهالوجينية المتعددة-.

الحل المناعي كيميائيًا: مبادل PTFE
يتم تصميم نظام تبريد عادم الحفر بالبلازما لمبادل PTFE بشكل شائع على شكل مبادل حراري على شكل غلاف-و-أنبوب، مع تدفق غاز العادم الساخن المسبب للتآكل عبر أنابيب PTFE ومياه التبريد (مياه المرافق أو المياه المبردة) التي تتدفق على جانب الغلاف. يضع هذا التكوين التيار المتطلب كيميائيًا داخل الأنابيب حيث تكون مادة PTFE خاملة تمامًا لجميع الهالوجينات والمنتجات الثانوية المهلجنة والأحماض المعدنية. يلامس ماء التبريد (غير المسبب للتآكل) الأسطح الخارجية لأنابيب PTFE والقشرة المعدنية (أحيانًا تكون مغلفة بـ PTFE أو بوليمر فلوري آخر لمزيد من الحماية).

توفر حزم أنابيب PTFE عددًا من المزايا الرئيسية في هذه الخدمة:

المقاومة الكيميائية العالمية: لا يتأثر PTFE بالفلور والكلور والبروم وهاليدات الهيدروجين ومعظم مركبات الفلوروكربون. لا يتآكل أو يحفر أو يرشح الأيونات المعدنية إلى تيار العادم.

سطح أملس وغير لاصق: تمنع الطاقة السطحية المنخفضة لـ PTFE التصاق البقايا اللزجة والمبلمرة (مثل بوليمرات الفلوروكربون أو المنتجات الثانوية المقاومة للضوء). في الواقع، تميل هذه البقايا إلى التقشر بدلاً من التراكم، وبالتالي تظل كفاءة نقل الحرارة عالية.

بناء أنبوب مرن - أنابيب PTFE مرنة إلى حد ما. تتميز الأنابيب بمرونة طفيفة تجاه الاهتزازات أو دورة الحرارة أو نبضات الغاز، مما يساعد على التخلص من أي جزيئات صلبة يمكن أن تستقر على السطح. يزيد الوضع الرأسي للمبادل من تساقط الجسيمات بفعل الجاذبية.

عدم وجود تلوث بالأيونات المعدنية: يتم منع رواسب الهاليد المعدنية التي قد تسرع من التآكل أو تسبب نفايات خطرة من الوصول إلى أجهزة غسل الغاز ومضخات التفريغ.

مبرد PTFE عبارة عن رئة مرنة خاملة كيميائيًا، تستنشق التنفس الساخن والسام والكاشط لحفر البلازما وتزفر تيارًا باردًا ونظيفًا يمكن التعامل معه بأمان عن طريق نظام الغسل في اتجاه مجرى النهر.

ميزات التصميم لعملية يمكن الاعتماد عليها
سفك الجسيمات في الوضع الرأسي
معظم مبادلات PTFE لتبريد عادم حفر البلازما تكون عمودية مع وصول الغاز الساخن إما من الأعلى أو الأسفل. يكون هيكل الغلاف-و-الأنبوب عموديًا مما يسمح للجاذبية بالمساعدة في إزالة الجزيئات الصلبة. تميل الجسيمات المترسبة على السطح الداخلي لأنابيب PTFE إلى السقوط، خاصة في حالة تدفق الغاز المتقطع أو أثناء دورات الصيانة، حيث يتم مسح المبادل بالنيتروجين. يتم تجنب التصميمات الأفقية حيث قد تستقر الجزيئات في النقطة المنخفضة للأنابيب وتؤدي في النهاية إلى إعاقة مرور الغاز وبالتالي تقليل أداء التبريد.

ترتيب جانب الغاز
عادة يتم تمرير العادم المسبب للتآكل من خلال جانب الأنبوب ومياه التبريد من خلال جانب الغلاف. هذا هو الاختيار الذي نقوم به:

تنظيف جانب الأنبوب: يمكن تنظيف أنابيب PTFE ميكانيكيًا (على سبيل المثال عن طريق التنظيف أو التنظيف) أو كيميائيًا (على سبيل المثال عن طريق إعادة التدوير الدوري للحمض المخفف) دون تعريض مادة الغلاف لعوامل معادية.

احتواء الضغط: لا تحتوي أنابيب PTFE على الضغط بنفس طريقة الأنابيب المعدنية. ومع ذلك، فإن الغلاف (غالبًا ما يكون من الفولاذ المقاوم للصدأ المبطن ببوليمر فلوري) يحتفظ بضغط ماء التبريد، والذي عادة ما يكون خفيفًا (3-5 بار). يمكن أن يكون غاز العادم عند ضغط جوي قريب أو ضغط سلبي قليلاً (فراغ من المضخة السفلية).

البصمة الصغيرة
مصانع أشباه الموصلات محدودة المساحة. يتم إنشاء مبادلات PTFE لهذا الغرض بكثافة أنبوبية عالية (أنابيب ذات قطر صغير، عادةً 4-10 مم معرف) لزيادة مساحة نقل الحرارة إلى أقصى حد بأقل حجم. في بعض الأحيان، يتم استخدام أنابيب PTFE ذات الزعانف لتعزيز معامل نقل الحرارة الجانبي للغاز-، وهو معامل ضعيف بشكل طبيعي بسبب انخفاض التوصيل الحراري لـ PTFE وتدفق الطور الغازي.

ملاحظة السلامة: اختبار الاحتواء والتسرب
يعد عادم أداة الحفر بالبلازما خطيرًا جدًا وعادةً ما يكون قابلاً للاشتعال عند وجود هيدريدات معدنية معينة (مثل السيلان) في عمليات تنظيف الغرفة. لذلك يجب أن يفي أي مبادل PTFE مستخدم في هذه الخدمة بمتطلبات السلامة الصارمة:

الاحتواء الثانوي: يجب أن يكون المبادل موجودًا في قفص لاحتواء التسرب جيد التهوية. في حالة فشل أنبوب PTFE، وهو أمر غير مرجح، بسبب التآكل الميكانيكي أو ارتفاع درجة الحرارة، يمكن أن يتسرب الغاز المسبب للتآكل إلى حلقة مياه التبريد أو البيئة. يُقترح بشدة استخدام الغلاف الثانوي والبناء-الجدران المزدوجة والمراقبة الخلالية. بالنسبة للتركيبات الأقل أهمية، يتم تركيب مستشعر كشف التسرب (مثل كاشف غاز الهالوجين) في غطاء العادم الذي يحيط بالمبادل.

دقة اختبار التسرب: يجب اختبار تسرب المبادل قبل التثبيت وعلى فترات زمنية محددة (على سبيل المثال، سنويًا أو وفقًا لسياسة السلامة الخاصة بشركة التصنيع). يتكون الاختبار عادةً من:

اضغط على جانب الأنبوب بالنيتروجين إلى ضغط اختباري (أي . 1.1 × الضغط التشغيلي).

للبحث عن الفقاعات، يمكن غمر حزمة الأنبوب (أو يمكن استخدام محلول صابون)، أو يمكن استخدام اختبار تسرب الهيليوم بمطياف الكتلة للكشف عن الحساسية العالية.

بعد التثبيت، اختبر جانب الصدفة بنفس الطريقة.

إمكانية تتبع المواد: سيتم اعتماد جميع أجزاء PTFE (الأنابيب، وألواح الأنابيب، والحشيات) من PTFE البكر الخالية من أي حشو أو إعادة طحن. أي شوائب يمكن أن تكون نقطة بداية الفشل عند وجود الهالوجين التفاعلي.

المراقبة التشغيلية: غالبًا ما يتم فحص الرقم الهيدروجيني أو التوصيلية لمخرج مياه التبريد. إذا انخفض الرقم الهيدروجيني فجأة، أو ارتفعت الموصلية، فهذا يشير إلى أن جدار أنبوب PTFE قد تم اختراقه وأن العادم الحمضي يتسرب إلى حلقة التبريد. عند اكتشافها، يتم قفل الأداة تلقائيًا لإيقاف العمليات وتنظيف خط العادم.

فوائد المصب حماية مضخات التفريغ وأجهزة غسل الغاز
يعد مبادل PTFE مكونًا رئيسيًا وقويًا وموثوقًا يحمي مضخة التفريغ النهائية والبيئة. يمكن أن يؤدي دخول العادم الساخن إلى جهاز الغسيل إلى ما يلي: إذا لم يتم توفير التبريد

الأضرار الحرارية للأجزاء الداخلية لجهاز الغسيل تحتوي العديد من أجهزة الغسيل الرطب على مكونات من مادة البولي بروبيلين أو PVC والتي سوف تصبح أكثر ليونة عند درجة حرارة 60 درجة مئوية وما فوق.

انخفاض كفاءة الغسل: غازات الهالوجين أكثر قابلية للذوبان في الماء البارد. يؤدي تبريد العادم إلى 30-40 درجة إلى تعزيز فعالية إزالة حمض الهيدروكلوريك، وCl2، وHF.

فشل المضخة: تتمتع مضخات التفريغ الجافة المستخدمة في مصانع أشباه الموصلات (على سبيل المثال، المضخات اللولبية والمضخات المخلبية) بخلوصات داخلية ضيقة. غالبًا ما تكون البيئة داخل المضخة ساخنة ويمكن أن تتآكل الغازات المتفاعلة وتكوين رواسب قد تؤدي لاحقًا إلى احتجاز زيت المضخة أو تلويثه.

يقوم مبادل PTFE بتبريد العادم إلى درجة حرارة آمنة (50 درجة عمومًا) مما يسمح لجهاز الغسيل ومضخة التفريغ بالعمل ضمن حدود التصميم الخاصة بهما، مما يقلل من الصيانة ويمنع التوقف غير المجدول.

الاستنتاجات: المناعة الكيميائية، العمود الفقري الأساسي
يعد المبادل الحراري PTFE بمثابة العمود الفقري الأساسي والمقاوم كيميائيًا للتحكم في عادم الهالوجين القاسي والمتعدد- الصادر من أداة حفر البلازما. إنها واحدة من أصعب التيارات كيميائيًا في منشأة تصنيع أشباه الموصلات بأكملها. فهو يبرد الغازات الساخنة المسببة للتآكل والمملوءة بالجزيئات الصلبة والبقايا اللزجة، ويقاوم هجوم الفلور والكلور والبروم ومشتقاتها. يضمن التصميم الرأسي، وبنية أنبوب PTFE، وعمليات اختبار التسرب-الصارمة، تشغيلًا موثوقًا وآمنًا. تحمي المواد الخاملة كيميائيًا إنتاج الرقائق الأكثر تقدمًا - معالجات التوليد وشرائح الذاكرة وأجهزة الطاقة. إن مبادل PTFE ليس مجرد مكون، بل هو عنصر أساسي للسلامة وحماية البيئة، مما يسمح بحدوث النقش بالبلازما دون المساس بالنظافة والسلامة والإنتاجية في المصنع.