PTFE 交換器は、半導体プラズマ エッチング ツールからの高温で腐食性の排気を冷却するためにどのように使用されますか?

半導体エッチング チャンバー内では、反応性ハロゲン ガス-フッ素、塩素、臭素の猛烈なプラズマがシリコンを引き裂きます。このチャンバーからの排気流は、高温で腐食性の粒子を含んだ流れであり、適切に洗浄する前に冷却する必要があります。{2}}この厳しい最前線の冷却は、単純な単一の酸を扱うのではなく、金属を消費する可能性のある混沌とした混合ハロゲン カクテルにさらされる熱交換器によって提供されます。-地獄のサービス。化学的耐性のあるソリューションは PTFE 交換体です。

プラズマエッチングの排気: 化学的に攻撃的な流れ
反応性イオンと中性ラジカルは、半導体プラズマ エッチング ツールで CF4、CHF3、Cl2、BCl3、HBr などの供給ガスを使用してプラズマ エッチング ツール内で生成されます。これらの種は、二酸化シリコン、窒化シリコン、または金属層を強い異方性でエッチングします。プロセス チャンバーからの排気流には次のものが含まれます。

未反応のハロゲンガス：塩素（Cl 2 ）、臭素（Br 2 ）、フッ素（F 2 ）、ハロゲン間化合物。

副生成物のハロゲン化物は、SiCl4、SiF4、BCl3、AlCl3 および他の金属ハロゲン化物です。

固体粒子副産物: 酸化ケイ素、フッ化アルミニウム、フォトレジスト灰などの不揮発性残留物。-

ハロゲン化水素: 湿気の存在下またはチャンバーの洗浄操作中に生成される HCl、HBr、HF。

排気ガスの温度は、プロセスのレシピや測定場所によって異なりますが、通常は 50 度から 100 度未満の間です。ストリームには多くの場合苛性蒸気が含まれており、従来の熱交換表面を詰まらせる可能性がある粘着性の重合残留物が含まれています。このマルチ-環境では、金属製の熱交換器はすぐに粒界攻撃、孔食、応力腐食割れを起こします。

化学的免疫ソリューション PTFE エクスチェンジャー
PTFE 熱交換器プラズマ エッチング排気冷却システムは通常、シェル{0}および-チューブ熱交換器として設計されており、高温の腐食性排気ガスが PTFE チューブを流れ、冷却水（施設用水または冷水）がシェル側を流れます。この構成により、化学的に要求の厳しい流れがチューブ内に配置され、PTFE 材料はすべてのハロゲン、ハロゲン化副生成物、鉱酸に対して完全に不活性になります。冷却水（非腐食性）は、PTFE チューブおよび金属シェル（保護を強化するために PTFE または別のフッ素ポリマーでコーティングされる場合もあります）の外面に触れます。

PTFE チューブ バンドルは、このサービスにおいて多くの重要な利点を提供します。

普遍的な耐薬品性: PTFE は、フッ素、塩素、臭素、ハロゲン化水素、およびほとんどのフルオロカーボン化合物の影響を受けません。腐食したり、穴が開いたり、排気流に金属イオンが浸出したりすることはありません。

滑らかで非粘着性の表面: PTFE の低い表面エネルギーは、粘着性の重合残留物 (フルオロカーボン ポリマーやフォトレジストの副産物など) の付着を抑制します。実際、これらの残留物は蓄積するよりも剥がれ落ちる傾向があるため、熱伝達効率は高いままです。

柔軟なチューブ構造 – PTFE チューブはある程度柔軟性があります。チューブは振動、熱サイクル、またはガスの脈動に対してわずかに柔軟性があり、表面に滞留する可能性のある固体粒子を取り除くのに役立ちます。熱交換器を垂直に配置すると、重力による粒子の放出がさらに増加し​​ます。

金属イオン汚染なし: 摩耗を促進したり、有害廃棄物の原因となる金属ハロゲン化物の堆積物が、下流のスクラバーや真空ポンプに到達するのを防ぎます。

PTFE クーラーは柔軟で化学的に不活性な肺で、プラズマ エッチングの熱くて有毒で研磨性の呼吸を吸い込み、下流のスクラビング システムで安全に処理できる冷たくてきれいな流れを吐き出します。

信頼性の高い動作を実現する設計機能
垂直位置での粒子の脱落
プラズマ エッチング排気を冷却するための PTFE 交換器のほとんどは垂直型で、高温ガスが上部または下部から流入します。シェル-とチューブ-の構造は垂直になっており、重力が固体粒子の除去に役立ちます。 PTFE チューブの内面に堆積した粒子は、特に断続的なガス流の場合や交換器を窒素でフラッシュするメンテナンス サイクル中に落下する傾向があります。粒子がチューブの低点に沈降し、最終的にガスの通過を妨げ、冷却性能が低下する可能性があるため、水平設計は避けられます。

ガス側配置
通常、腐食性の排気はチューブ側を通過し、冷却水はシェル側を通過します。これは私たちが行う選択です:

チューブ側の洗浄: PTFE チューブは、シェル材料を有害な物質にさらすことなく、機械的 (ピギングやフラッシングなど) または化学的 (希酸の定期的な再循環など) で洗浄できます。

圧力の封じ込め: PTFE チューブは金属チューブとは異なり、圧力を封じ込めません。ただし、シェル (多くの場合、フッ素ポリマーで裏打ちされたステンレス鋼) は、通常は穏やかな圧力 (3 ～ 5 bar) の冷却水の圧力を保持します。排気ガスは大気圧に近い圧力、またはわずかに負圧 (下流ポンプからの真空) になることがあります。

設置面積が小さい
半導体工場はスペースに制約があります。この目的のための PTFE 熱交換器は、最小限の体積で伝熱面積を最大化するために、高密度のチューブ (小径チューブ、通常は内径 4-) で構築されています。場合によっては、気体側の熱伝達係数を高めるためにフィン付き PTFE チューブが使用されることがあります。- 熱伝達率は、PTFE の低い熱伝導率と気相流のせいで本来は劣ります。

安全上の注意: 封じ込めと漏れのテスト
プラズマ エッチング ツールの排気は非常に危険であり、チャンバーのクリーニング プロセスに特定の金属水素化物 (シランなど) が存在すると、通常は発火性になります。したがって、このサービスで使用される PTFE 交換器はすべて、次の厳しい安全要件を満たさなければなりません。

二次封じ込め: 熱交換器は、換気された漏れ封じ込めケージ内に配置されるものとします。機械的磨耗や過熱により PTFE チューブが故障した場合、まれに腐食性ガスが冷却水ループや環境に漏れ出す可能性があります。二次シェル、二重壁構造、および隙間モニタリングを強くお勧めします。-それほど重要ではない設置の場合、交換器を囲む排気フードに漏れ検出センサー (ハロゲンガス検出器など) が設置されます。

リークテストの厳格さ: 熱交換器は、設置前に、および予定された間隔 (例: 年に 1 回、または工場の安全ポリシーごとに) でリークテストを行う必要があります。通常、テストは次の内容で構成されます。

チューブ側を窒素で試験圧力（すなわち、. 1.1 x 動作圧力）まで加圧します。

気泡を探すには、チューブ束を浸すか (または石鹸溶液を使用)、高感度検出のために質量分析計のヘリウム リーク テストを使用します。

取り付け後、シェル側も同様にテストします。

材料のトレーサビリティ: すべての PTFE 部品 (チューブ、チューブシート、ガスケット) は、充填剤や再粉砕物を含まないバージン PTFE であることが証明されます。反応性ハロゲンが存在する場合、不純物は故障の開始点となる可能性があります。

動作監視: 冷却水出力の pH または導電率が頻繁にチェックされます。 pH が突然低下したり、導電率が上昇した場合は、PTFE チューブの壁が破損し、酸性の排気が冷却ループに漏れていることを示しています。検出されると、ツールは自動的に連動して動作を停止し、排気ラインを洗浄します。

真空ポンプとスクラバーを保護する下流側の利点
PTFE 交換器は、下流の真空ポンプと環境を保護する重要な、頑丈で信頼性の高いコンポーネントです。加熱された排気がスクラバーに流入すると、次のような結果が生じる可能性があります。 冷却が提供されていない場合

スクラバー内部への熱による損傷 多くの湿式スクラバーにはポリプロピレンまたは PVC コンポーネントが含まれており、60 ℃以上で軟化します。

スクラビング効率の低下: ハロゲンガスは冷水に溶けやすくなります。排気を 30 ～ 40 度に冷却すると、HCl、Cl2、HF の除去効果が高まります。

ポンプの故障: 半導体工場で使用されるドライ真空ポンプ (スクリュー ポンプ、クロー ポンプなど) の内部クリアランスは狭いです。ポンプ内部の環境は高温であることが多く、反応性ガスが腐食して堆積物を形成し、その後ポンプオイルが固着したり汚染される可能性があります。

PTFE 熱交換器は排気を安全な温度 (通常 50 度) まで冷却し、下流のスクラバーと真空ポンプが設計制限内で動作できるようにし、メンテナンスを最小限に抑え、予定外のダウンタイムを防ぎます。

結論: 化学的免疫、不可欠な主力製品
PTFE 熱交換器は、プラズマ エッチング装置からの過酷なマルチハロゲン排気を制御するために不可欠な耐薬品性の主力製品です。{0}}これは、半導体製造施設全体の中で化学的に最も困難な流れの 1 つです。固体粒子や粘着性残留物で満たされた高温の腐食性ガスを冷却し、フッ素、塩素、臭素、およびそれらの誘導体からの攻撃に耐えます。垂直設計、PTFE チューブ構造、厳格な漏れ検査プロセスにより、信頼性の高い安全な操作が保証されます。{4}}最も化学的に不活性な材料は、プロセッサ、メモリチップ、パワーデバイスなどの最先端のチップ生産を保護します。 PTFE 交換器は単なるコンポーネントではなく、重要な安全性と環境保護を実現し、工場の清浄度、安全性、生産性を損なうことなくプラズマ エッチングを可能にします。