L-Imperattiv tal-Purità
Sistemi ta' ilma ultra-semikondutturi pur iwasslu ilma b'karbonju organiku totali taħt 0.5 ppb u konċentrazzjonijiet ta' joni tal-metall taħt 0.1 ppb. Kwalunkwe skambjatur tas-sħana li jerġa 'jsaħħan dan l-ilma wara l-illustrar m'għandux jiddegrada dik il-purità. Anki sub-parti-għal kull-biljun lissija tal-metall hija inaċċettabbli.
Żewġ materjali jikkompetu għal din l-applikazzjoni: tantalu u PTFE. Tantalu huwa metall refrattorju b'reżistenza għall-korrużjoni eċċezzjonali fl-aċidi u film ta 'ossidu nattiv stabbli fuq firxa wiesgħa ta' pH. PTFE huwa polimeru fluworinat kompletament mingħajr kostitwenti metalliċi. It-tnejn jistgħu jwasslu l-purità kimika meħtieġa meta jkunu ġodda. Id-distinzjoni toħroġ matul snin ta 'ċikliżmu termali u espożizzjoni kimika.
Tantalu: Reżistenza għall-Korrużjoni Pendenti Iżda Mhux Infinita
Tantalu jirreżisti l-korrużjoni permezz ta 'film passiv Ta₂O₅ stabbli li jifforma istantanjament fl-arja jew soluzzjonijiet ossidanti. Dan il-film huwa dens, aderenti, u li jfejjaq awto-. Fl-UPW u fil-biċċa l-kbira tal-kimiċi tas-semikondutturi, it-tantalu jissaddad b'rati mkejla f'mikroni kull sena.
Madankollu, it-tantalu għandu vulnerabbiltà. F'soluzzjonijiet alkalini 'l fuq minn pH 10, il-film tal-ossidu jinħall. Fil-preżenza ta' joni tal-fluworidu-minn kimiċi tal-inċiżjoni tal-ossidu HF jew buffered-tantalu jissaddad malajr permezz tal-formazzjoni ta' kumplessi solubbli tat-tantalu-fluworidu. Anke kontaminazzjoni ta 'traċċa tal-fluworidu fl-UPW, possibilment minn ħsara fil-komponent upstream, tista' tibda attakk lokalizzat.
It-tħassib tal-purità aktar rilevanti mhuwiex korrużjoni bl-ingrossa iżda lissija tal-jone tal-metall. Tantalu f'kuntatt ma 'UPW jirrilaxxa joni tat-tantalu b'rata ta' madwar 0.01-0.1 ppb taħt kundizzjonijiet ideali. Dan huwa taħt il-limiti ta' skoperta tipiċi. Matul is-snin ta 'ċikliżmu termali, madankollu, il-film passiv jgħaddi minn xoljiment u riformazzjoni ripetuti, u jirrilaxxa joni tal-metall ma' kull ċiklu. Ir-rilaxx kumulattiv tal-metall, filwaqt li għadu mkejjel f'partijiet għal kull triljun, jista 'javviċina limiti għall-proċessi semikondutturi l-aktar sensittivi.
Tabella 1: Purità u Tqabbil tal-Ispejjeż fis-Servizz tat-Tisħin mill-ġdid tal-UPW
| Kriterju ta' Evalwazzjoni | Tantalu | PTFE |
|---|---|---|
| Lissija tal-jone tal-metall (inizjali) | < 0.1 ppb | Żero (l-ebda metalli preżenti) |
| Lissija tal-jone tal-metall (wara 5 snin) | 0.05-0.3 ppb (ċikliżmu tal-film passiv kumulattiv) | Żero |
| Reżistenza għall-fluworidu | Xejn (attakk rapidu) | Tlesti (inerti) |
| Konduttività termali (W/m·K) | 54 | 0.25 |
| Erja relattiva tal-wiċċ meħtieġa | 1.0 (linja bażi) | 3-4× |
| Spiża tal-materjal (relattiva) | 50-80× | 1× |
| Kost tal-iskambjatur tas-sħana (relattiv) | 8-12× | 1× |
| Il-kumplessità tal-installazzjoni | Għoli (tqil, jeħtieġ appoġġ) | Baxxa (ħfief, flessibbli) |
| Ħajja tas-servizz f'applikazzjoni xierqa | 10-15-il sena | 15+ snin |
PTFE: Metall Zero b'Definizzjoni
PTFE ma fih l-ebda metalli. Il-katina tal-polimeru tikkonsisti kompletament minn atomi tal-karbonju u tal-fluworin. M'hemm l-ebda elementi metalliċi li jitħallew f'UPW taħt kwalunkwe kundizzjoni kimika jew termali fil-medda operattiva tal-materjal.
Din mhix talba ta 'lissija baxxa jew korrużjoni bil-mod. Hija dikjarazzjoni ta 'kompożizzjoni elementali. Skambjatur tas-sħana PTFE ma jistax jirrilaxxa joni tal-metall minħabba li ma jeżistu l-ebda joni tal-metall fil-materjal. Din il-garanzija ta 'purità assoluta hija indipendenti mit-temperatura operattiva, il-pH, il-kompożizzjoni kimika u l-ħajja tas-servizz.
Il-vantaġġ tal-purità jestendi lil hinn mill-operat normali. Jekk taqlib kimiku jintroduċi fluworidu fl-UPW, skambjatur tas-sħana tat-tantalu jissaddad u jirrilaxxa joni tal-metall. Skambjatur tas-sħana PTFE mhux affettwat. Jekk nuqqas ta 'kontroll jikkawża eskursjoni fit-temperatura, il-film passiv tat-tantalu jista' jeħxien u jirrilaxxa joni addizzjonali matul iċ-ċiklu ta 'rkupru. PTFE ma jesperjenza l-ebda bidla bħal din.
Spejjeż u Footprint Trade-offs
L-iskambjaturi tas-sħana tat-tantalu huma għaljin. L-ispiża tal-materjal għal kull kilogramma hija 50-80 darba dik tal-PTFE. Il-fabbrikazzjoni teħtieġ iwweldjar speċjalizzat f'atmosfera inerta. L-iskambjatur tas-sħana li jirriżulta jiswa 8-12-il darba aktar minn unità PTFE ekwivalenti.
Il-vantaġġ tat-tantalu huwa l-konduttività termali. Tantalu f'54 W/m·K jittrasferixxi s-sħana 200 darba aktar effiċjenti minn PTFE. L-iskambjatur tas-sħana tat-tantalu huwa kompatt, li jeħtieġ spazju ta 'installazzjoni b'mod sinifikanti inqas. F'sub-fabs semikondutturi iffullar fejn l-ispazju huwa bi primjum, din il-kumpattezza għandha valur ġenwin.
PTFE jikkumpensa għal konduttività termali baxxa permezz ta' tubi ta'-ħajt irqiq u konfigurazzjonijiet ta'-wiċċ-għoli. Skambjatur tas-sħana PTFE għal dazju tat-tisħin UPW partikolari huwa fiżikament akbar mill-ekwivalenti tat-tantalu. Jekk din il-penali tad-daqs hijiex tiddependi fuq l-ispazju ta 'installazzjoni disponibbli.
Linji Gwida għall-Applikazzjoni
Għal applikazzjonijiet ta' tisħin mill-ġdid tal-UPW fejn il-kontaminazzjoni tal-fluworidu hija possibbli-downstream ta' għodod ta' planarizzazzjoni kimiċi-mekkaniċi, f'sistemi ta' kunsinna kimiċi kondiviżi, jew f'faċilitajiet li jipproċessaw kimiċi multipli-PTFE jipprovdi sigurtà assoluta kontra fallimenti relatati mal-fluworidu-.
Għal applikazzjonijiet UPW f'ambjenti kkontrollati b'ilma garantit-ħieles mill-fluworidu u fejn l-ispazju tal-installazzjoni huwa ristrett ħafna, it-tantalu jista' jkun preferut minkejja l-primjum tal-ispiża. Id-differenza fil-purità taħt kundizzjonijiet ideali hija żgħira biżżejjed li kwalunkwe materjal jissodisfa l-biċċa l-kbira tal-ispeċifikazzjonijiet tas-semikondutturi.
Għal tisħin mill-ġdid kimiku ta'-purità għolja li jinvolvi aċidi-partikolarment HCl, HF, jew etches ta' aċidu mħallat-PTFE huwa superjuri bla ambigwità. Tantalu huwa inkompatibbli ma 'HF u marġinali fl-HCl sħun. PTFE huwa inerti għat-tnejn.
Sommarju
PTFE u tantalu jikkompetu għal tisħin mill-ġdid ta' purità ultra{-għolja-f'applikazzjonijiet ta' semikondutturi bbażati fuq proposti ta' valur differenti. It-tantalu joffri kompattezza u konduttività termali għolja bi spiża kapitali għolja, b'lissija tal-metall estremament baxxa iżda mhux -żero. PTFE joffri kontaminazzjoni assoluta tal-metall żero, inertness kimika sħiħa inkluża reżistenza għall-fluworidu, u spiża kapitali aktar baxxa, għad-detriment ta 'footprint installata akbar.
L-għażla tiddependi fuq id-disponibbiltà tal-ispazju tal-installazzjoni, ir-riskju tal-espożizzjoni tal-fluworidu, u l-ispeċifikazzjonijiet speċifiċi tal-purità tan-nodu tal-proċess tas-semikondutturi. Għall-ħtiġiet ta 'purità l-aktar impenjattivi u ambjenti kimikament aggressivi, PTFE jipprovdi garanzija li l-ebda materjal ibbażat fuq il-metall-ma jista' jaqbel.
Analiżi tal-inġinerija għall-għażla tal-iskambjatur tas-sħana PTFE vs tantalu f'applikazzjonijiet speċifiċi tas-semikondutturi hija disponibbli fuq is-sottomissjoni ta 'kimiċi tal-proċess, temperaturi operattivi, speċifikazzjonijiet ta' purità, spazju ta 'installazzjoni disponibbli u valutazzjoni tar-riskju tal-espożizzjoni tal-fluworidu.
