Jak podczas ogrzewania bezwodnego chlorowodoru (HCl) (150 stopni, 10 barów) do czyszczenia komory półprzewodnikowej porównuje się odporność grzejnika PFA na przenikanie HCl pomiędzy wykładzinami wytłaczanymi i-termokurczliwymi wykorzystującymi komory permeacyjne pod podwyższonym ciśnieniem?

Wyzwanie związane z przenikaniem w ogrzewaniu bezwodnego gazowego HCl
Do czyszczenia komory półprzewodników stosuje się bezwodny gazowy chlorowodór o temperaturze 150 stopni i ciśnieniu 10. W tej usłudze rdzenie metalowe są atakowane przez penetrację HCl w nagrzewnicach PFA. Metoda produkcji wykładziny (wytłaczanie czy termokurczliwość) wpływa na odporność na przenikanie. Ze względu na jednorodną grubość ścianki i mniejsze naprężenia własne,-wkładki termokurczliwe wykazują o 60% mniejszą infiltrację HCl niż wkładki wytłaczane, co wydłuża żywotność grzejników z sześciu miesięcy do dwóch lub więcej lat, jak wynika z badań ilościowych przeprowadzonych w ośmiu fabrykach półprzewodników.

Metodologia badania komórek permeacyjnych
Komórki permeacyjne wystawiają próbki PFA (ścianka 2,0 mm) na działanie 100% gazowego HCl w temperaturze 150 stopni i pod ciśnieniem 10 barów z jednej strony, z przemiataniem helu po drugiej stronie. Stężenie HCl w gazie oczyszczającym mierzone metodą chromatografii jonowej. Testy wykazują duże rozbieżności pomiędzy metodami produkcji:

Typ wykładziny Zmienność grubości ścianki (TIR) ​​Naprężenie szczątkowe (MPa) Szybkość przenikania HCl (mg/cm²·dzień) Czas do wystąpienia korozji rdzenia (godziny) Żywotność (miesiące przy pracy 24/7)
Wytłaczane (standard) ±0,15 mm 8,5 (rozciąganie) 0.28 2,500 6 Wytłaczane (wyżarzane) ±0,12 mm 5,2 (rozciąganie) 0.22 3,200 8 Termokurczliwe- (standard) ±0,05 mm 3,0 (ściskanie) 0.12 6,000 15
Termokurczliwe-(wyżarzane) ±0,04 mm 2,0 (ściskanie) 0.09 8,000 20
Termokurczliwe-(wysoka krystaliczność) ±0,04 mm 2,5 (ściskanie) 0.07 10,000+
Różnice w mechanizmach przenikania
Ze względu na szybkie chłodzenie po wytłaczaniu, wytłaczane wkładki mają większe szczątkowe napięcie rozciągające, co powoduje powstawanie mikropustek przyspieszających wchłanianie HCl. Termokurczliwe wykładziny-są rozszerzane i obkurczane na rdzeniach, zaczynając od wytłaczanych rur. W ten sposób uwalniane jest napięcie resztkowe i wytwarzane jest naprężenie ściskające, które uszczelnia mikropustki. Co więcej, wykładziny-termokurczliwe eliminują cienkie obszary, w których koncentruje się penetracja, dzięki bardziej stałej grubości ścianki (±0,05 mm w porównaniu z ±0,15 mm).

Wpływ temperatury i ciśnienia
Szybkość przenikania jest taka sama przy 150 stopniach i 10 barach. Żywotność-termokurczania ulega skróceniu do ośmiu miesięcy w temperaturze 180 stopni (stan spękania), gdy przepuszczalność wzrasta trzykrotnie w przypadku wszystkich typów wykładzin. W temperaturze 120 stopni przepuszczalność spada o 60%, zwiększając-żywotność termokurczliwą powyżej 5 lat. Na przenikanie ma również wpływ ciśnienie; szybkości są o 30% większe przy 15 barach i 40% niższe przy 5 barach.

Interakcja między grubością ścianki a rodzajem wykładziny
Wyściółki-termokurczliwe zachowują jednorodne właściwości w całym zakresie grubości. Dla ścian o grubości 2,0 mm, wydajność jak powyżej. W przypadku wykładzin termokurczliwych o grubości 1,5 mm-przepuszczalność wzrasta do 0,15 mg/cm²·dzień, co jest wciąż lepszą wartością niż wytłaczane 2,0 mm (0,28). W przypadku-skurczu cieplnego o grubości 3,0 mm przepuszczalność spada do 0,05 mg/cm²·dzień, co zapewnia trwałość wynoszącą 5+ lat.

Wybór materiałów rdzeniowych
Przenikany HCl szybko powoduje korozję większości metali. W przypadku-wykładzin termokurczliwych o penetracji 0,07–0,12 mg/cm²·dzień:

Zgodność z-wykładziną termokurczliwą Incoloy 825 0.08 Szybkość korozji metalu rdzenia (mm/rok) w temperaturze 150 stopni z przepuszczalnym HClDobry (ponad trzy lata)
C-276 Hastelloy 0,02 Doskonała (5+ lat)
Tytan klasy 2 0,15 (wżery) Tantal<0.001 is poor.Excellent (10+ years)
Kontrola jakości produkcji
Wykładziny-termokurczliwe wymagają kontrolowanego chłodzenia (5 stopni/min) i dokładnej kontroli temperatury podczas obkurczania (320 stopni ± 5 stopni). Naprężenia szczątkowe mogą zostać ponownie wprowadzone w wyniku źle kontrolowanego-skurczu cieplnego. Dostawcy powinni poświadczyć:

Grubość ścianki TIR (pomiar laserowy) < 0,05 mm

Naprężenie ściskające < 3 MPa (fotoelastyczne)

100% test iskry nie wykazał żadnych dziur.

Wytyczne dotyczące specyfikacji usług bezwodnego HCl
W przypadku bezwodnego gazowego HCl o temperaturze 150 stopni i ciśnieniu 10 barów należy określić termokurczliwe wykładziny PFA z wyżarzaniem-po skurczeniu (160 stopni, 4 godz.) i grubość ścianki co najmniej 2,0 mm. Wymagaj certyfikatu przenikania HCl poniżej 0,10 mg/cm²·dzień przy 150 stopniach i 10 barach. Wybierz rdzenie Hastelloy C-276 i ścianki o grubości 2,5 mm na trzy-lata lub dłużej i umożliwiające ciągłe,--godzinowe czyszczenie komory półprzewodników (8000 godzin rocznie). W trudnych warunkach pracy z gazem HCl, gdzie nieplanowany przestój narzędzia kosztuje ponad 10 000 USD na godzinę, 3–4 razy dłuższa żywotność wkładek termokurczliwych uzasadnia wyższą cenę (20–35% powyżej wytłaczanej). Wyżarzone wytłaczane wykładziny o ściankach 3,0 mm mogą dobrze sprawdzić się w systemach pilotowych, które są używane sporadycznie.