На современных заводах по производству полупроводников каждый этап изготовления пластин контролируется, измеряется и повторяется тысячи раз в день. Однако за сверхчистыми помещениями, передовой литографией и камерами высокого вакуума скрывается тихая рабочая лошадка, которая делает все это возможным: азот высокой чистоты. Вместо того, чтобы полагаться только на привоз жидкого азота или баллоны, многие заводы теперь обращаются к системам генерации азота на месте, построенным на базе промышленного генератора азота, чтобы обеспечить стабильную, контролируемую и экономически эффективную подачу азота для критических процессов.

Проще говоря, В системах генерации азота для производства полупроводников используется промышленный генератор азота, установленный на месте, для производства высокочистого, сухого и безмасляного азота из сжатого воздуха, а затем распределения этого азота по инструментам, чистым помещениям и коммунальным предприятиям для улучшения стабильности процесса, снижения эксплуатационных расходов и повышения надежности поставок по сравнению с доставленным газом.

По мере уменьшения геометрии стружки и роста объемов производства качество и надежность технологических газов становятся еще более важными. Азот используется для продувки пластин, инертизации, газа-носителя, проверки на герметичность и защиты чувствительных поверхностей. Хорошо спроектированная система генератора азота позволяет заводам по производству полупроводников точно настраивать чистоту, давление и расход для каждого применения, используя проверенные технологии, такие как PSA (адсорбция при переменном давлении), а также модульные или контейнерные азотные станции, которые могут работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

В этом руководстве вы получите полный обзор того, как азот используется в производстве полупроводников, где можно использовать генератор азота на месте и почему все больше предприятий инвестируют в свои собственные системы производства азота, а не полностью зависят от поставляемого газа.

В этом руководстве мы рассмотрим:

• Производство полупроводников с использованием газообразного азота

• Применение генераторов азота в производстве полупроводников

• Преимущества генераторов азота для производства полупроводников

Производство полупроводников с использованием газообразного азота

Газообразный азот используется в производстве полупроводников для создания инертной, сухой и свободной от частиц среды, а генератор азота на месте непрерывно обеспечивает этот азот с контролируемой чистотой, давлением и потоком для поддержки систем обработки, сборки и производственных мощностей пластин.

Производство полупроводников основано на точном контроле химического состава, температуры и загрязнения. Многие этапы изготовления пластин и сборки задней части чрезвычайно чувствительны к кислороду и влаге. Азот является предпочтительным инертным газом, поскольку он широко распространен, нереактивен при нормальных условиях и его легко генерировать на месте с помощью генератора азота . На типичном заводе азот потребляется в больших объемах для продувки пластин, газа-носителя, бланкетного газа и проверки на герметичность.

Традиционно используемые заводы доставляли жидкий азот, хранившийся в резервуарах или блоках баллонов. Сегодня модульные системы генераторов азота на основе PSA могут производить азот с уровнем чистоты от 95 до 99,9999 процентов, с точкой росы до минус 60 градусов Цельсия, непосредственно из сжатого воздуха. Это означает, что завод по производству полупроводников может подобрать качество и количество азота на каждом этапе процесса, одновременно снижая зависимость от поставок и внешних поставщиков.

Для краткого обзора в таблице ниже приведены типичные этапы полупроводниковой обработки, их требования к азоту и то, как генератор азота . их поддерживает

Технологическая зона	Типичная роль азота	Типичный диапазон чистоты азота	Типичный вклад генератора азота
Очистка и сушка вафель	Очистка, сушка, предотвращение окисления	от 99,9 до 99,999 процентов	Стабильный азот высокой чистоты для сушильных инструментов
Литография и резистивная обжиговая обработка	Очистка, инертизация, защита от сопротивления	От 99,99 до 99,999 процентов	Сухой азот из генератора азота PSA на гусеницы
Инструменты для травления и осаждения	Продувка камеры, вентиляция, газ-носитель	До 99,9999 процентов в некоторых инструментах	Азот сверхчистоты с очистителем при необходимости
Сборка и упаковка	Пайка оплавлением, литье, тестирование	от 99,9 до 99,999 процентов	Постоянный азот из модульных генераторных установок
Объекты и коммунальные услуги	Подпитка воздуха в чистых помещениях, резервный газ, коммунальные услуги	от 99,5 до 99,9 процента	Массовый азот из блока основного генератора азота

Во всех этих шагах ключевым моментом является последовательность. Генератор азота, оснащенный колоннами КЦА, буферными резервуарами, осушителями и фильтрами, может обеспечивать стабильное давление и чистоту азота даже во время пиковых нагрузок. Комбинированные модульные или контейнерные азотные станции объединяют PSA генератор азота , систему очистки воздуха и хранилище газа в компактном блоке или контейнере. Такой подход позволяет заводам по производству полупроводников располагать запасы азота рядом с точками потребления или даже развертывать отдельные генераторы азота для разных зданий или чистых помещений.

Производители полупроводников также ценят возможность непрерывной работы систем генераторов азота на основе PSA в течение 24 часов . Адсорбционные башни автоматически переключаются на поддержание потока азота во время регенерации молекулярного сита, а вся система контролируется ПЛК с контролем давления, чистоты и расхода. При правильном обслуживании молекулярное сито может прослужить долгие годы, а сам генератор азота – десятки лет.

Применение генераторов азота в производстве полупроводников

В производстве полупроводников генератор азота используется для изготовления, сборки и упаковки пластин, а также в производственных системах, обеспечивая гибким и экономически эффективным способом азот на месте для продувки, инертизации, газа-носителя, испытаний на утечки и поддержки чистых помещений.

Первая группа применений генератора азота связана с изготовлением пластин. Во время выращивания, диффузии, имплантации, осаждения и травления оксидов азот используется в качестве защитного газа для предотвращения нежелательных реакций с кислородом, а также в качестве продувочного газа для камер и загрузочных шлюзов. Для инструментов может потребоваться азот сверхвысокой чистоты до 99,9999 процентов, чего можно достичь путем объединения генератора азота PSA с очистителями для полировки, или им может потребоваться только азот чистотой 99,99 процентов, который может поставляться напрямую системой PSA.

В литографии азот используется в шкафах для хранения резиста, инструментах для экспонирования и печах для постэкспонирования. Здесь генератор азота подает чистый сухой азот для защиты от химикатов и оптики. В мокрых столах и сушильных станциях азот используется для удаления жидкостей и предотвращения образования водяных знаков на пластинах. Для обеспечения высокой чистоты и сухости генератор азота соединяется с охлаждаемыми или осушительными осушителями и тонкой фильтрацией, чтобы не допускать попадания масла и частиц в поток азота.

Вторая группа приложений охватывает сборку и упаковку. Во время крепления матрицы и пайки оплавлением азот помогает обеспечить смачивание и уменьшает окисление паяных соединений. В процессах формования и герметизации часто используется азот для дегазации и защиты чувствительных материалов. Модульный генератор азота может располагаться рядом со сборочной линией и подавать азот с необходимым расходом и давлением. По мере роста производства могут быть добавлены дополнительные модульные генераторы азота , чтобы удовлетворить более высокий спрос, без перепроектирования всей системы.

Третья группа – это средства и вспомогательные системы. В чистых помещениях в определенных зонах может использоваться воздух, обогащенный азотом, для контроля риска возгорания или уровня кислорода, а азот используется в газовых шкафах, клапанных коллекторах и распределительных коллекторах в качестве продувочного газа. Системы на объекте генераторов азота могут подавать азот в главный коллектор, который затем разветвляется на различные зоны и зоны давления. Контейнерные азотные станции, включающие PSA генератор азота , хранилище и дожимные компрессоры, могут быть установлены за пределами главного здания и подключены к внутренней газовой сети, освобождая ценное пространство в чистых помещениях.

В следующей таблице приведены общие сведения об обычном использовании полупроводников для генератора азота на месте..

Область применения	Типичная задача для азота	Роль генератора азота
Инструменты для обработки пластин	Продувочный, инертный, газ-носитель	Подает стабильный азот высокой чистоты непосредственно на панели инструментального газа.
Литография и резист	Защита резиста, продувка оптики	Обеспечивает чистый сухой азот для шкафов и оборудования для экспонирования.
Влажные скамейки и сушилки	Сушка, антиоксидация	Корма удаляют азот с низкой точкой росы для высыхания без водяных знаков.
Линии сборки и упаковки	Оплавление, литье, тестирование	Поставляет азот с контролируемым потоком в печи и формовочные прессы.
Системы объектов	Поддержка чистых помещений, очистка, безопасность	Действует как источник азота для распределительных коллекторов и продувочных линий.

Поскольку все эти точки потребления обслуживаются с одной и той же платформы генератора азота , заводы по производству полупроводников могут контролировать общее использование азота, корректировать уставки генератора и планировать расширение. Многие современные системы генераторов азота включают в себя усовершенствованные средства управления ПЛК с подключением к Ethernet или полевой шине, дистанционный мониторинг и регистрацию данных. Инженеры завода могут отслеживать чистоту, точку росы, давление и расход непосредственно в системе мониторинга объекта и регулировать режим работы генератора азота для экономии энергии в периоды низкого спроса.

Преимущества генераторов азота для производства полупроводников

Для производства полупроводников генератор азота на месте обеспечивает более низкие эксплуатационные расходы, более высокую надежность поставок, гибкий контроль чистоты, повышенную экологичность и лучшую интеграцию с производственными операциями по сравнению с поставкой азота.

С точки зрения стоимости, Генератор азота исключает многие текущие расходы, связанные с поставкой жидкого азота или баллонов. Нет платы за аренду резервуаров, нет транспортных сборов и меньше потерь от вентиляции или испарения. Тематические исследования из других отраслей показывают, что компании, переходящие на системы генераторов азота на основе PSA , часто сокращают затраты на азот примерно на 30–50 процентов, а некоторые видят период окупаемости в диапазоне от одного до двух лет. Для крупных предприятий по производству полупроводников со значительной потребностью в азоте экономия в течение срока службы генератора азота может быть очень большой.

Надежность поставок является еще одним ключевым преимуществом. на объекте Генератор азота работает от сжатого воздуха и электричества, которые уже являются критически важными коммуникациями на любом заводе. При условии надежности этих услуг поставки азота становятся гораздо менее зависимыми от внешней логистики, дорожных условий или проблем с поставщиками. Азотные системы PSA предназначены для непрерывной круглосуточной работы с автоматическим переключением башни и встроенным резервированием при генератора азота . установке нескольких модулей

Гибкость в отношении чистоты особенно ценна на заводах по производству полупроводников. С помощью генератора азота оператор может устанавливать разные целевые показатели чистоты для разных применений. Например, предварительные процессы, для которых требуется 99,999-процентный азот, могут поставляться от генератора азота высокой чистоты PSA или от генератора с очистителем, в то время как менее важные виды использования могут быть назначены отдельному генератору азота, работающему на 99,9-процентном азоте, для экономии энергии. Чистоту азота, точку росы и давление можно настроить в соответствии с условиями технологического процесса.

Преимущества устойчивости генератора азота также важны. Отказ от поставок азота снижает углеродный след, связанный с потерями при транспортировке и испарением. Для производства азота на месте в качестве сырья используется воздух, и его можно комбинировать с энергоэффективными компрессорами и рекуперацией тепла. Некоторые анализы показывают, что азотные системы на месте могут значительно сократить общие выбросы парниковых газов по сравнению с объемным азотом, особенно если они установлены рядом с местом использования и приводятся в действие эффективным оборудованием.

Чтобы подчеркнуть преимущества генератора азота в производстве полупроводников, в этой сравнительной таблице сравниваются выработка азота на месте с доставкой азота:

Аспект	Генератор азота на месте	Поставка жидкого или баллонного азота
Безопасность поставок	Генерируется по требованию из воздуха и электроэнергии	Зависит от поставок грузовиков и графиков поставок
Эксплуатационные расходы	Более низкая стоимость за единицу газа, отсутствие платы за аренду или транспортировку.	Более высокие долгосрочные затраты, дополнительные сборы и потери на испарение.
Гибкость в отношении чистоты	Регулируемая чистота: от 95 до 99,9999 процентов.	Фиксированные сорта продукции, меньшая гибкость
Площадь установки	Модульные салазки или контейнеры, расположенные рядом с местом использования.	Большие открытые резервуары и инфраструктура, фиксированное местоположение
Масштабируемость	Добавляйте больше модулей генератора азота по мере роста спроса.	Требуются новые танки или контракты на поставку.
Устойчивое развитие	Снижение выбросов от транспорта, потенциал для оптимизации энергопотребления	Более высокие транспортные выбросы, меньший контроль над источниками энергии
Мониторинг и контроль	Встроенный ПЛК с удаленным мониторингом и регистрацией данных.	Ограниченный контроль, выходящий за рамки базового контроля уровня в резервуаре.

Когда система генератора азота выбрана правильно, производители полупроводников получают больше контроля над своей газовой стратегией. Инженеры могут планировать мощность азота, как и другие коммунальные предприятия, интегрируя генератор азота в концепции резервирования, бесперебойного питания и мониторинга объектов, вместо того, чтобы рассматривать азот как внешний ресурс.

Производство полупроводников с использованием газообразного азота: последняя перспектива

Таким образом, производство полупроводников зависит от азота высокой чистоты на каждом этапе, и хорошо спроектированная система генератора азота позволяет заводам производить этот азот на месте с лучшим контролем, меньшими затратами и более высокой безопасностью, чем полагаться исключительно на доставленный азот.

От производства пластин до сборки и производственных систем азот играет множество ролей: инертная подушка, продувочный газ, газ-носитель и инструмент безопасности. установленный на объекте, Генератор азота, преобразует сжатый воздух в азот, адаптированный для каждого использования. Благодаря PSA и модульным конструкциям чистота может достигать 99,9999 процентов, точка росы может поддерживаться на очень низком уровне, а расход можно масштабировать от нескольких кубических метров в час до многих тысяч, что позволяет как небольшим пилотным линиям, так и крупным заводам полагаться на собственные мощности по производству азота.

Сравнивая общую стоимость владения, многие предприятия обнаруживают, что генератор азота окупается за короткое время, а затем продолжает приносить экономию. В то же время завод приобретает устойчивость к перебоям в поставках и может обеспечить резервирование газа на собственном оборудовании. Усовершенствованное управление ПЛК в современных системах генераторов азота позволяет легко интегрировать азот в производственный мониторинг и аналитику, создавая прозрачную и контролируемую утилиту, а не скрытые затраты.

Если вы планируете построить новый завод по производству полупроводников или модернизировать существующий завод, включение генератора азота на месте на ранних стадиях проектирования часто является наиболее эффективным выбором. Когда потребление азота, потребности в чистоте и планы роста согласованы с правильным PSA, модульным или контейнерным решением для генератора азота , вы можете превратить поставку азота из ограничения в конкурентное преимущество для своих производственных операций.