چگونه از مبدل های PTFE برای خنک کردن اگزوز داغ و خورنده از ابزار اچ پلاسما نیمه هادی استفاده می شود؟

در داخل محفظه اچ نیمه هادی، پلاسمای وحشی سیلیکون را با هیاهوی گازهای هالوژن فعال-فلورین، کلر، برم پاره می کند. جریان خروجی اگزوز از این محفظه یک جریان ذرات داغ، سوزاننده- است که قبل از تمیز کردن مناسب باید خنک شود. این خنک‌سازی شدید خط مقدم{4}}توسط یک مبدل حرارتی ارائه می‌شود که با یک اسید ساده و منفرد سروکار ندارد، بلکه در یک کوکتل هالوژنی آشفته و مخلوط غوطه‌ور می‌شود که هر فلزی را مصرف می‌کند. خدمت جهنمی محلول ایمنی شیمیایی یک مبدل PTFE است.

اگزوز پلاسما اچ: یک جریان شیمیایی تهاجمی
یون های فعال و رادیکال های خنثی در ابزار اچ پلاسما با استفاده از گازهای خوراکی مانند CF4، CHF3، Cl2، BCl3 و HBr در ابزار اچ پلاسما نیمه هادی ایجاد می شوند. این گونه ها دی اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون یا لایه های فلزی با ناهمسانگردی قوی را حکاکی می کنند. جریان اگزوز از محفظه فرآیند شامل:

گازهای هالوژن واکنش نداده: کلر (Cl2)، برم (Br2)، فلوئور (F2)، و ترکیبات اینترهالوژن.

هالیدهای فرعی عبارتند از SiCl4، SiF4، BCl3، AlCl3 و سایر هالیدهای فلزی.

محصولات جانبی ذرات جامد: باقی مانده‌های غیرفرار- از جمله اکسیدهای سیلیکون، فلوراید آلومینیوم، و خاکستر مقاوم به نور.

هالیدهای هیدروژن: HCl، HBr، HF تولید شده در مجاورت رطوبت یا در حین عملیات تمیز کردن محفظه.

دمای گاز خروجی معمولاً بین 50 درجه و کمی کمتر از 100 درجه بسته به دستور فرآیند و مکان اندازه گیری است. این جریان اغلب مملو از بخارات سوزاننده است و حاوی بقایای چسبنده و پلیمری است که می تواند سطوح تبادل حرارت سنتی را مسدود کند. هر مبدل حرارتی فلزی در این محیط چند هالوژنی به سرعت تحت حمله بین دانه‌ای، سوراخ‌شدگی و ترک خوردگی تنشی قرار می‌گیرد.

محلول شیمیایی ایمنی مبدل PTFE
سیستم خنک‌کننده اگزوز پلاسما اچ مبدل PTFE معمولاً به‌عنوان یک مبدل حرارتی-و-لوله‌ای طراحی می‌شود که گاز خروجی داغ و خورنده از طریق لوله‌های PTFE جریان می‌یابد و آب خنک‌کننده (آب تاسیسات یا آب سرد) در سمت پوسته جریان دارد. این پیکربندی جریان مورد نیاز شیمیایی را در داخل لوله ها قرار می دهد که در آن مواد PTFE کاملاً در برابر همه هالوژن ها، محصولات جانبی هالوژنه و اسیدهای معدنی بی اثر است. آب خنک کننده (غیر خورنده) سطوح خارجی لوله های PTFE و پوسته فلزی را لمس می کند (گاهی اوقات برای محافظت بیشتر با PTFE یا فلوروپلیمر دیگری پوشش داده می شود).

بسته های لوله PTFE تعدادی از مزایای کلیدی را در این سرویس ارائه می دهند:

مقاومت شیمیایی جهانی: PTFE تحت تأثیر فلوئور، کلر، برم، هالیدهای هیدروژن و اکثر ترکیبات فلوئوروکربنی قرار نمی گیرد. یون‌های فلزی را خورده نمی‌کند، حفره نمی‌کند یا به داخل جریان اگزوز نمی‌رود.

سطح صاف و نچسب: انرژی سطحی کم PTFE از چسبندگی باقیمانده های چسبنده و پلیمریزه شده (مانند پلیمرهای فلوئوروکربن یا محصولات جانبی مقاوم به نور) جلوگیری می کند. در واقع این باقیمانده‌ها به جای تجمع، پوسته پوسته می‌شوند و بنابراین راندمان انتقال حرارت بالا باقی می‌ماند.

ساخت لوله انعطاف پذیر - لوله های PTFE تا حدی انعطاف پذیر هستند. لوله‌ها در برابر لرزش، چرخه گرما یا ضربان‌های گاز کمی انعطاف‌پذیر هستند و به دفع ذرات جامد که در غیر این صورت ممکن است روی سطح قرار گیرند، کمک می‌کنند. موقعیت عمودی مبدل باعث افزایش بیشتر ریزش ذرات توسط گرانش می شود.

عدم آلودگی یون های فلزی: رسوبات متال هالید که ممکن است باعث تسریع سایش یا ایجاد زباله های خطرناک شوند، از رسیدن به اسکرابرهای پایین دست و پمپ های خلاء جلوگیری می کنند.

خنک کننده PTFE یک ریه انعطاف پذیر و از نظر شیمیایی بی اثر است که نفس گرم، سمی و ساینده اچ پلاسما را استنشاق می کند و جریان سرد و تمیزی را بازدم می کند که می تواند با خیال راحت توسط سیستم شستشوی پایین دست اداره شود.

ویژگی های طراحی برای عملیات قابل اعتماد
ریزش ذرات در حالت عمودی
اکثر مبدل های PTFE برای خنک کننده اگزوز پلاسما اچ عمودی هستند و گاز داغ در بالا یا پایین وارد می شود. ساختار پوسته-و-لوله عمودی است و به گرانش اجازه می‌دهد تا ذرات جامد را حذف کند. ذرات ته نشین شده در سطح داخلی لوله های PTFE تمایل به سقوط دارند، به ویژه در مورد جریان متناوب گاز یا در طول چرخه های تعمیر و نگهداری، که در آن مبدل با نیتروژن شستشو می شود. از طراحی های افقی اجتناب می شود زیرا ممکن است ذرات در نقطه پایین لوله ها ته نشین شوند و در نهایت مانع عبور گاز و در نتیجه کاهش عملکرد خنک کننده شوند.

چیدمان سمت گاز
معمولاً اگزوز خورنده از سمت لوله و آب خنک کننده از سمت پوسته عبور می کند. این انتخابی است که ما انجام می دهیم:

تمیز کردن سمت لوله: لوله های PTFE را می توان به صورت مکانیکی (مثلاً با پیگینگ یا فلاشینگ) یا شیمیایی (مثلاً با گردش دوره ای اسید رقیق) بدون قرار گرفتن مواد پوسته در معرض عوامل متخاصم تمیز کرد.

مهار فشار: لوله های PTFE مانند لوله های فلزی دارای فشار نیستند. با این حال، پوسته (اغلب فولاد ضد زنگ با پوشش فلوروپلیمر) فشار آب خنک کننده را که معمولاً ملایم است (3 تا 5 بار) نگه می دارد. گاز خروجی می تواند در نزدیکی اتمسفر یا فشار کمی منفی (خلاء از پمپ پایین دست) باشد.

ردپای کوچک
قطعات نیمه هادی دارای محدودیت فضا هستند. مبدل‌های PTFE برای این منظور با چگالی لوله بالا (لوله‌های با قطر کوچک، معمولاً 4{3}}10 میلی‌متر شناسه) ساخته می‌شوند تا ناحیه انتقال حرارت را با حداقل حجم به حداکثر برسانند. گاهی اوقات، از لوله‌های PTFE پره‌دار برای افزایش ضریب انتقال حرارت طرف گاز استفاده می‌شود، که طبیعتاً به دلیل هدایت حرارتی پایین PTFE و جریان فاز گاز ضعیف است.

نکته ایمنی: تست مهار و نشت
اگزوز ابزار اچ پلاسما بسیار خطرناک است و معمولاً زمانی که هیدریدهای فلز خاصی (به عنوان مثال سیلان) در فرآیندهای تمیز کردن محفظه وجود داشته باشد، پیروفوریک است. بنابراین، هر مبدل PTFE استفاده شده در این سرویس باید الزامات ایمنی شدید را برآورده کند:

محفظه ثانویه: مبدل باید در یک قفس نشت تهویه شده قرار گیرد. در صورت بعید بودن خرابی لوله PTFE به دلیل سایش مکانیکی یا دمای بیش از حد، گاز خورنده می تواند به حلقه آب خنک کننده یا محیط فرار کند. پوسته ثانویه، ساخت-دو جداره و نظارت بینابینی به شدت پیشنهاد می شود. برای نصب های کمتر ضروری، یک سنسور تشخیص نشت (به عنوان مثال یک آشکارساز گاز هالوژن) در هود اگزوز که مبدل را در بر می گیرد، نصب می شود.

دقت تست نشتی: مبدل باید قبل از نصب و در فواصل زمانی برنامه ریزی شده (به عنوان مثال، سالانه یا طبق خط مشی ایمنی فاب) تست نشت شود. آزمون معمولاً شامل موارد زیر است:

سمت لوله را با نیتروژن تحت فشار قرار دهید تا یک فشار آزمایشی (یعنی . 1.1 x فشار عملیاتی).

برای جستجوی حباب‌ها، بسته‌بندی لوله را می‌توان در آب فرو برد (یا می‌توان از محلول صابون استفاده کرد)، یا می‌توان از آزمایش نشت هلیوم طیف‌سنج جرمی برای تشخیص با حساسیت بالا استفاده کرد.

پس از نصب، سمت پوسته را به همین ترتیب تست کنید.

قابلیت ردیابی مواد: تمام قطعات PTFE (لوله، ورق لوله، واشر) دارای گواهینامه PTFE بکر و عاری از هرگونه پرکننده یا سنگ زنی مجدد خواهند بود. هر ناخالصی می تواند نقطه شروع شکست در صورت وجود هالوژن واکنشی باشد.

نظارت عملیاتی: pH یا رسانایی خروجی آب خنک کننده اغلب بررسی می شود. اگر PH ناگهان کاهش یابد یا رسانایی افزایش یابد، نشان می دهد که دیواره لوله PTFE شکسته شده است و اگزوز اسیدی به داخل حلقه خنک کننده نشت می کند. هنگامی که تشخیص داده شد، ابزار به طور خودکار قفل می شود تا عملیات متوقف شود و خط اگزوز پاک شود.

مزایای پایین دستی حفاظت از پمپ های خلاء و اسکرابرها
مبدل PTFE یک قطعه کلیدی، محکم و قابل اعتماد است که از پمپ خلاء پایین دست و محیط زیست محافظت می کند. اگزوز گرم شده که وارد اسکرابر می شود می تواند منجر به موارد زیر شود: اگر خنک کننده ای وجود نداشته باشد

آسیب حرارتی به قسمت داخلی اسکرابر بسیاری از اسکرابرهای مرطوب دارای قطعات پلی پروپیلن یا PVC هستند که در دمای 60 درجه سانتیگراد و بالاتر نرم می شوند.

راندمان شستشوی پایین تر: گازهای هالوژن در آب سرد محلول تر هستند. خنک کردن اگزوز تا 30 تا 40 درجه باعث افزایش اثربخشی حذف HCl، Cl2 و HF می شود.

خرابی پمپ: پمپ های خلاء خشک مورد استفاده در کارخانه های نیمه هادی (مثلاً پمپ های پیچی، پمپ های پنجه ای) دارای فاصله های داخلی تنگ هستند. محیط داخل پمپ اغلب گرم است و گازهای واکنش پذیر می توانند خورده شوند و رسوباتی ایجاد کنند که ممکن است متعاقباً روغن پمپ را گرفته یا آلوده کنند.

مبدل PTFE اگزوز را تا دمای ایمن (به طور کلی 50 درجه) خنک می کند و به اسکرابر پایین دست و پمپ خلاء اجازه می دهد تا در محدوده طراحی خود کار کنند و تعمیر و نگهداری را به حداقل می رساند و از خرابی های برنامه ریزی نشده جلوگیری می کند.

نتیجه گیری: ایمنی شیمیایی، اسب کار ضروری
مبدل حرارتی PTFE ابزار ضروری و مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای کنترل اگزوز خشن و چند{0}}هالوژنی از ابزار اچ پلاسما است. این یکی از سخت ترین جریان های شیمیایی در کل تاسیسات ساخت نیمه هادی است. گازهای داغ و خورنده پر از ذرات جامد و بقایای چسبنده را خنک می کند و در برابر حمله فلوئور، کلر، برم و مشتقات آنها مقاومت می کند. طراحی عمودی، ساخت لوله PTFE و فرآیندهای آزمایش دقیق نشت{4}} عملکرد مطمئن و ایمن را تضمین می کند. بی اثرترین مواد شیمیایی از پیشرفته ترین تولید تراشه محافظت می کنند - تولید پردازنده ها، تراشه های حافظه و دستگاه های قدرت. مبدل PTFE فقط یک جزء نیست، بلکه یک ایمنی حیاتی و حفاظت از محیط زیست است که به اچ پلاسما اجازه می دهد بدون به خطر انداختن تمیزی، ایمنی و بهره وری فاب انجام شود.