פיתוח: Carbon Fundamentals for Gas Purification

פחם פעיל הוא חומר ⁇ מאוד ממונדס ממזומנים כגון קליפות קוקוס, עץ, אפונה או פחם באמצעות תהליכים הפעלה תרמיים או כימיים.צעד ההפעלה יוצר רשת נרחבת של מיקרו-פוחיות, מזורים, ומאקרו-פוחיות, הניב אזורים פנימיים שיכולים לעלות על 1,500 מ' ו- #178;g זה שטח שטח שטח חיצוני יוצא דופן מספק אתרים פעילים בשפע עבור מולקולות:0Firptirtcption:2Ficopicmates:

ההתפלגות בגודל הנקבובי בתוך ממטריקס פחמן קובע כי מינים מולקולריים נשמרים. מיקרופוחיות (קטן מ 2 nm) ללכוד מולקולות קטנות כגון תרכובות אורגניות תנודתיות (VOCs) ופחמימנים קלים, בעוד mesopores (2–50 nm) להכיל contaminants גדולים יותר. עבור יישומים Semiconductor, יצרנים בוחרים ציוני פחמן מופעלים עם מבנים אופטימיזציה עבור conta exta exta exta exta exta extants הנוכחי.

חומרי פחמן גולמי עוברים הפעלה פיזית באמצעות קיטור או פחמן דו חמצני בטמפרטורות גבוהות (800-1,000 °C) או הפעלה כימית באמצעות חומצה זרחנית או תחמוצת אשלגן.כל שיטה מייצרת פחמן עם כימיה משטח נפרדת פרופילים פולירוזיות. לדוגמה, פחמן המופעל על ידי קיטור בדרך כלל להציג נפח מיקרו-אפ גבוה יותר, מה שהופך אותם מתאימים למלכודת מולקולות אורגניות קטנות, בעוד כימיקלים מופעלים באופן נרחב יותר עבור גודל פחמן.

אתגרים ב Semiconductor Manufacturing Gases

תהליכי ייצור סמינול דורשים טוהר גבוה (UHP) פיזור 1 (UHP) גזים עם רמות זיהום נמדדות בחלקים ל מיליארד (pb) או אפילו חלקים לטריליון (pt) גזים נפוצים המשמשים לייצור שבב כוללים חנקן (N₂), מימן (H₂), מימן (Heumli) (Heumation) ו-Holemation) (O) דחוסים את הביצועים של גזים (OOOLed) (N.

המזהמים העיקריים אשר הפעילו את כתובות הפחמן כוללים:

  • (FLT:0) Hydrocarbons ו תרכובות אורגניות תנודתיות (VOCs)Fua1LT - מקורם של חומרים דחוסים, חומרי גלם, אוויר מלוטש, ואפילו מעקב אחר סרטים פחמימנים שהופקדו על משטחים של צנרת במהלך deposition, תחריט, אוטוגרפיה יכולים לגרום לכשלים, דפוס, פגמים או תכונות חשמליות.
  • (FLT:0)Moisture (H₂O vapor)FLT:1 - מולקולות מים להפריע לתהליכים תגובתיים כגון פיזור כימי (CVD) ושכבת שכבת אטומית (ALD), המציג חמצן לסרטים שבהם הוא אינו שייך. Moisture מקדם גם קורוזיה במערכות גז ומזרז את היווצרות החלקיקים.
  • (FLT:0) ,Acidic and Basic Gaseous ImpuritiesFLT) 1 - תרכובות כגון מימן chloride (HCl), מימן פלואוריד (HF), אמוניה (NH ₃), ו דו תחמוצת חמצני (SO & #8322;) עלולה לפגוע בשכבות פוטורסיסטיות, לשנות וכו ', ו-Digital-film.
  • (FLT:0)Carbon דו-חמצני (CO & #8322; ⁇ FLT) 1 - בעוד שלעתים קרובות נחשב אינפורט, CO & #8322; יכול להגיב עם לחות שאריות כדי ליצור חומצה פחמן, אשר מקלקל משטחי מתכת ורכיבים לייצור חלקיקים.

Beyond these, activated carbon also effectively traps siloxanes, phthalates, and other semi-volatile organic compounds that off-gas from polymer components in gas distribution systems. Removing these contaminants before they reach sensitive process tools is critical for maintaining high device yields.

כיצד פחמן מופעל מסיר גז-Phase Contaminants

מנגנון ההסרה בסינון פחמן מופעל מבוסס בעיקר על FLT:0 (הפרסומות הפיזיותיות של ⁇ FLT:1), שבו מולקולות contaminant diffuse לתוך המבנה הפונק ו לדבוק קירות פועם באמצעות כוחות ואן דר Waals.הכוח של מודעות תלוי בגודל מולקולרי, קוטביות, ונקודת הרת.

בנוסף למודעות פיזיות, טיפול כימי מסוים או FLT:0 (הפעלת פחמן מופעל פחמן ראשיFLT:1) להשתמש chemisorption כדי לקשור חומרים מסוימים שאינם בתכלית.לדוגמה, פחמן מזהמים עם אשלגן permanganate (KnO & #8324) או חומצה זרחנית (HॏPO) יכול לנטרל ביעילות גזים כימיים אחרים; כמו כן, כגון:

היעילות של מיטות פחמן מופעלות בעקבות ה-FLT:0 (adsorption isothermFelo עקרון:1: בטמפרטורה נתונה, כמות הנלכדה היא פונקציה של הלחץ החלקי שלה בזרם הגז.טמפרטורות נמוכות בדרך כלל משפרות את יכולת המודעות עבור רוב ה- vapors האורגני, ולכן כמה מערכות גזי טיהור גבוה משלבות צמרמור של מיטות פחמן.

אזורי העברה ופרק דרך התנהגות

במיטה מלאה של פחמן מופעל, חזית המודעות נעה דרך המיטה כמו פחמן הופך רווי.האזור שבו מתרחשת מודעות פעיל נקרא אזור העברת:0mass (MTZ)FLT:1 . Downstream of the MTZ, גז ללא פגע נשאר טהור עד קצה המיטה - אירוע שנקרא לפרוץ דרך .

מעצבי מערכת מחשבים את מידות המיטה ואת זרמי זרימת מהירויות כדי להבטיח את עומק MTZ נשאר טוב בתוך אורך המיטה תחת תרחישים טעינה הגרוע ביותר מזוודה תרחישים. גורמי בטיחות של 2x ל 3x נפוצים כדי להתאים תנודות בריכוז בlet ועלייה בלתי צפויה contaminant. ניטור בזמן אמת באמצעות להבה של גלאי יון (FIDs) או גס chromatography (GC) מטה מספק את זרימת הדרך המוקדמת של השינה או שינויים.

שילוב של פחמן פעיל במערכות ייצור גזים למחצה

מסנני פחמן מופעלים במספר נקודות בתוך רשת הפצת גז של מתקן למחצה, כל מיקום המשרת מטרה ייחודית.

Point-of-Entry (POE) Bulk Gas Purification

בכניסה העיקרית של אספקת הגז של המתקן, כלי פחמן מופעל בקנה מידה גדול מתייחסים לכל זרימת הגז לפני שהיא נכנסת לצנרת ההפצה. טיהורים גדולים אלה מכילים בדרך כלל כמה מאות ק"ג של פחמן מופעל ופועלים בקצבי זרימה גבוהים. תפקידם העיקרי הוא להגן על כל המערכת במורד הזרם מספי זיהום אורגני שמקורם בשרשרת האספקה של הספק גז או משמן דחוס.

מטיפים POE לעתים קרובות משלבים מיטות פחמן מרובות מסודרים במקביל או סדרות תצורה.סידורים מקבילים לאפשר מיטה אחת להישאר באינטרנט בעוד אחרים עוברים התחדשות או תחליף, להבטיח אספקת גז לא מופרכת הסדרי סדרה מספקים שלב מלוטש, שבו המיטה השנייה לוכדת כל contaminants כי להחליק דרך המיטה הראשונה בשלבים הראשונים של פריצת דרך.

Point-of-Use (POU) מסננים

מיד לפני גז נכנס כלי תהליך ספציפי, מסנני פחמן מופעלים קטנים מסירים כל זיהום עקבות שעשוי להיות מפוסל מקירות פיטורים, מושבי שסתום, או מתאימים. פילטרים POU הם קומפקטיים, בדרך כלל מחזיק רק כמה קילוגרמים של פחמן, והם נועדו לשינוי מהיר לא למזער את הכלי למטה. פילטרים אלה הם קריטיים במיוחד ב lithography, epitaxy, ו- תחמוצפנת שער תחמוצת שבו יש השפעה חמורה ביותר על פני השטח.

Recirculation ו- Purge Gas Loops

כמה תהליכים מוליכים למחצה, כגון רצף לחץ אטמוספירי או ארונות אחסון אוויר אינרט, לנטרל גזי תהליך כדי להפחית את הצריכה.פעלת מסננים פחמן משולבים לתוך הלולאות אלה מחדש כל הזמן סורקים contaminants המצטברים במהלך פעולות תהליך. בדומה, טיהור מערכות גז כי לשמור סביבות אינרטיות בעומסי וואט והעברות מסתמכים על פחמן מופעל כדי לשמור על רמות חמצן ומתחת מתחת לסף קריטי.

מפתחת: Carbon Selection קריטריה עבור Semiconductor Applications

בחירת פחמן מופעל המתאים עבור יישום טיהור גז ספציפי דורש הערכה של כמה פרמטרים מרכזיים:

התפלגות גודל Pore Size

הפרופיל המיושב של הגז הנכנס מכתיב את המבנה הנקבובי האופטימלי.עבור זרמי גז הנשלטים על ידי פחמימנים קלים (C₁-C₄), פחמן מיקרו- ⁇ עם קוטרים של 0.5-1.0 nm לספק את יכולת השימור הגבוהה ביותר.עבור זרמי גז המכילים פחמימנים כבדים יותר, או לימפוקסנים, פחמן עם טווח רחב יותר של מולקולות, עם קופות רחבות יותר, ללא קופות.

כימיה והימנעות

קבוצות פונקציונליות משטח Acidic (carboxylic, פנוליטי, לקטטוני) משפרות את המודעות של contaminants בסיסיים כגון אמוניה ו amines. קבוצות משטח יסוד (pyrones, chromenes) לשפר את ללכוד של גזים חומציים. יצרנים יכולים להתאים את פני השטח באמצעות חמצון מבוקר או טיפול תרמי.

גודל חלקיקים והורדת לחץ

פחמן מופעל זמין בצורות גרנוריות, מלוטש, ואבקות. גרנול מופעל פחמן (GAC) עם גדלים חלקיקים של 4×10 או 4×14 mesh נפוץ בכלי טיהור גדולים כי הוא מאזן ירידה בלחץ נמוך עם קינטיקה העברת מסה נאותה.פלנט פחמן מציעה אבק נמוך יותר ותפוצה זרימה טובה יותר, אבל ייתכן שיש להם מעט מודעות מופחתות לכדי אבקת המונים.

חידוש Capability

פחמן מופעל ניתן לשחזר על ידי FLT:0thermal נדנדה מודעות או אפשרות (TSA) TSA) LT 1 או FLT:2pressure נדנדה מודעות אוורציה (PSA)FLT 3 תהליכים, מה שהופך אותו אטרקטיבי מבחינה כלכלית עבור יישומים תעשייתיים רצופים. in TSA, גז חם אינרטי (חנקן ב-150 ו-176C) באמצעות זרימת הדם רוויה, בין תאי סרטן, לבין תאים חד-חמצני, תלויים, לבין תאים חד-מדומים, לבין תאים חד-חמצני.

מעקב ואיכות

שמירה על טוהר גז אמין דורש ניטור קפדני של ביצועי מערכת פחמן מופעל. Semiconductor fabs מעסיקים כמה טכניקות אנליטיות כדי לאמת כי גז יעיל עונה מפרטים:

  • (FLT:0) ניתוח הידרוקרבן FLT:1 באמצעות גלאי הנקה (FID) מספק מדידה בזמן אמת של תוכן פחמן אורגני למטה לרמות נמוכות של pb.
  • (FLT:0) לחץ אטמוספירי של ספקטרום המוני (API-MS)BuildFLT:1 מזדהה ומדכא מינים אורגניים בודדים בריכוזים תת-פב, עוזר למפעילים לאתר מקורות זיהום ספציפיים.
  • (FLT:0) חיישנים אינפרא אדום לא-דיספרסיבי (NDIR) חיישנים ראשי תיבות של LT) 1:1 מספקים ניטור רציף של CO & #8322; ורמות לחות מטה במורד הזרם של מיטת פחמן.
  • (FLT:0) ספקטרום של ספקטרום (CRDS)FLT:1 מאפשר זיהוי לחות ברמות pt, אשר חיוני לתהליכים הדורשים סביבות גז יבשות מאוד.

גזי גלות המותאמים לסטנדרטים הלאומיים משמשים לאמת דיוק כלי בלוח זמנים קבוע. Logging נתונים ממוניטורים רצופים לתוך בקרת תהליכים מתמשכים:0 סטטיסטיים (SPC)BuildFLT:1 מערכת מאפשרת למהנדסים לזהות מגמות המצביעים על פריצת דרך מתקרבת, המאפשר תחזוקה יעילה לפני טוהר הפחתות.

מחקרים ויישומים ב- Advanced Nodes

כמו צומת ייצור למחצה מתכווץ מתחת 10 nm, הרגישות של מבני המכשיר כדי contamination עולה באופן דרמטי. at אלה nodes, אפילו מונוטרה אחת של זיהום פחמימנים על משטח צר יכול לשבש את היווצרות של דיאלקטריות שער קריטי או חיבורי מתכת. fabs מוביל דיווחו על שיפור של 3–8% לאחר שדרוג נקודת הסינון גזיבית שלהם מערכות לטבוליות פחמן מופעלות גבוהה.

ב-FLT:0 ⁇ treme אולטרה סגולt (EUV) ליתוגרפיה 1FLT, סביבת הריק וקרינה אנרגטית אינטנסיבית להפוך את פחמן פחמן זיהום דאגה חמורה. פקדות מבוסס פחמן על אספן EUV s סופגים ופיזור אור הנכנס, צמצום באמצעותput וביקוש מחזורי ניקוי יקרים.

בדומה לכך, ב-FLT:0 אנטומי שכבת אטומית (ALDigtureFLT) תהליכי 1:1 עבור dielectrics דיו גבוה, contaminants הנמצאים בגזים של ספקים יכולים להתחרות עם מולקולות מבשר עבור אתרי תצוגה על פני השטח, המוביל לצמיחת סרט לא אחיד ונכסים חשמליים מחוסנים.פעילו סינון פחמן של הגז (בדרך כלל NS או Arb) לא הפך ל-A10 מערכי פחמן מתקדמים.

שיקולים סביבתיים וכלכליים

מערכות פחמן מופעלות מציעות מספר יתרונות קיימות בהשוואה לטכנולוגיות טיהור חלופיות כגון חמצון קטליטי או דינקייה מפונקגנית.החדירה פחמן פועלת בתנאים קרובים-מביים, צריכת אנרגיה מינימלית.פח מטיהור גז לא רעיל יכול לעתים קרובות להיות FLT:0reactatedFLT:1 על ידי ספקים מיוחדים של צד שלישי, לשחזר 90-95% של יכולת ההסתה המקורית שלה בעוד שפכים מפסולת אדמה.

עבור מתקנים המייצרים כמויות משמעותיות של פחמן ביל, על-ידי האתר, החזר כספי מספק פתרון ארוך-טווח יעיל עלות-תועלת. ההשקעה בהשקעה בהשקעה במערכת הפעלה הוא בדרך כלל מוצדק עבור ה- Fbs באמצעות יותר מ-20,000 ק"ג של פחמן מופעל מדי שנה. תקופת ההחזר נע בין 18 ל -30 חודשים, בהתאם לעלויות מקומיות ולמחירי אנרגיה.

מעלות כוללת של בעלות (TCO) נקודת מבט, סינון פחמן מופעל נשאר אחד השיטות הכלכליות ביותר להסרת זיהום אורגני גדול.שילוב של עלות נמוכה, פעולה פשוטה ותחזוקה מינימלית עושה את זה הבחירה המועדפת עבור הרבה סביבות ייצור בנפח גבוה.

מגמות וחדשנות מתפתחות

ההתפתחויות האחרונות במדעי פחמן מרחיבות את יכולות הפחמן הפעילו עבור טיהור גז סמי-מוליכים:

  • (FLT:0)Nanostructured פחמן ⁇ FIRLT:1) שמציעה ממדים פוחים מבוקרים בדיוק ו 3D אדריכלות הורה להציע סלקטיבית משופרת עבור מינים מולקולריים ספציפיים, פוטנציאל לאפשר הסרת חד-קדמי של contaminants ממוקד.
  • (FLT:0) פחמן ממופקדים פחמן 1 (FLT:0) עם כיס כימי מחוספס לספק יכולת משופרת עבור קוטב contaminants ויכול להיות מותאם לתערובת מזוהמת ייחודית למהמאים תהליכים ספציפיים.
  • (FLT:0)Composite CarbonshowsFLT:1 משלב סיבי פחמן מופעלים (ACF) בשילוב עם מיטות גרניט מסורתיות לספק ירידה בלחץ נמוך יותר קינטיקה מודעות מהירה יותר, ומאפשרות שערי זרימה גבוהים יותר ללא טוהר הקרבה.
  • (FLT:0) , 000 ⁇ פחמן מכוונת 1 ; עם מדידות התנהגותיות מוטבעת או קיבוליות מאפשרות ניטור בזמן אמת של ריצוף מיטה מבלי לדרוש מכשירים אנליטיים במורד הזרם, צמצום המורכבות של המערכת ועלות.

מחקר במוסדות כגון:0 (Oak Ridge National Laboratoryalph LabeurFLT:1 ו-FLT:2 Princeton UniversityFLT 3: 3 ממשיך לקדם את ההבנה הבסיסית של תופעות מודעות חומרים מיקרו- ⁇ .

מסקנה

פחמן מופעל נשאר טכנולוגיה חיונית להשגת רמות טוהר הגז הגבוהות הנדרשת בייצור מוליכים למחצה מודרני.יכולת המודעות יוצאת דופן שלה, אינטונציה כימית, וחסכוניות להפוך אותו הפתרון הסטנדרטי להסרת contaminants אורגני, לחות, גזים תגובתיים מזרימי גזים של תהליכים גדולים.באמצעות בחירה זהירה של רמת פחמן, עיצוב מערכת נאותה וביצועים דידקניים, מוליכים למחצה יכול לספק גזים ללא ספק כדי להגן על כל כלי רכב יציב.

ככל שהמכשירים הגיאומטריה ממשיכים להתכווץ ולחדש את כימאים של תהליכים חדשים, הדרישות המוצבות על מערכות טיהור גז רק יגברו.התקדמות בחומרי פחמן מהונדסים, שילוב ניטור בזמן אמת, וטכנולוגיית חידוש יבטיחו כי סינון פחמן פעיל עומד באתגרים מתפתחים אלה, שמירה על תפקידה הקריטי במנגנוני ייצור המוליכים למחצה עבור עתיד הנראה לעין.