Проектирование и строительство
высокотехнологичных производственных комплексов

Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве

В микроэлектронном производстве используется не один десяток химических соединений и газов.  В различных технологических процессах используются разные наборы газов и химии – неизменным остается следующий факт – они используются в процессе постоянно, в больших количествах, большая часть этих веществ весьма агрессивна и токсична, и просто выбрасывать их в атмосферу после отработки нельзя ни в коем случае. Вопрос очистки отработанного воздуха выливается в инженерную задачу, которая требует специфических решений и оборудования.

Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве  Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве

На современном микроэлектронном производстве систему очистки воздуха можно разделить на несколько основных подсистем:

  1. Общеобменная вытяжка;
  2. Органическая;
  3. Кислотная;
  4. Щелочная; 

Немного подробнее, что имеется в виду:

1. Общеобменная вытяжка – система удаления воздуха, обеспечивающая нормируемую кратность воздухообмена в чистых и вспомогательных помещениях, а также удаление теплоизбытков от различного оборудования (теплообмен). Система эта проста, поскольку в этом воздухе не содержатся вредные примеси, а только продуты дыхания, выделяемые человеком и тепло, выделяемое как персоналом, так и оборудованием – всевозможными вакуумными насосами, печами, компрессорами в системах пылеуборки и технологического вакуума, и т.п. Собственно, вся общеобменная вытяжная система – это совокупность воздухоприёмных устройств, воздуховоды да вентиляторы. 

Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве  Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве

2. Органическая вытяжка – система очистки воздуха, содержащего пары органических растворителей, большей частью от оборудования, использующего в процессе технологические газы. Основное оборудование системы – скруббер (рис 1). Корпус выполняется из нержавеющей стали. Рабочее пространство внутри скруббера заполнено сотами с активированным углем, который и выполняет функцию очистки – абсорбирует органические загрязнения. По мере накопления абсорбированных примесей затрудняется прохождения воздушного потока через скруббер. На этом основывается процесс контроля качества очистки – специальные датчики напоромеры контролируют давление на входе и выходе рабочей камеры. Когда перепад давления становится выше определенного, срабатывает оповещение о необходимости замены фильтров. 

3. «Кислотная вытяжка» – система очистки воздуха, содержащего пары кислот – от технологического и инженерного оборудования (например, печи для нанесения пленок), использующего в процессе плавиковую, соляную, серную и т.п. кислоты. Очистка происходит достаточно просто. Вернее, прост сам принцип действия оборудования – это нейтрализация паров кислоты водным раствором щелочи.

Непосредственно нейтрализация происходит в скруббере (рис. 2). Для того, чтобы сделать процесс эффективным и надежным, раствор щелочи распыляют во внутреннем рабочем пространстве. Для увеличения поверхности взаимодействия кислотного и щелочного растворов используются специальные кольца (рис. 3), давайте назовем их стрингеры. Ими заполняют рабочую камеру и беспорядочно наваленные кольца создают большую границу для взаимодействия кислоты и щелочи (рис. 4). Просто и эффективно.

Подача раствора нужной концентрации контролируется автоматикой, принцип работы которой тоже достаточно прост. Щелочь высокой концентрации заливается в емкость, непосредственно примыкающую к скрубберу, откуда подается в другую емкость и смешивается с водой. Полученный раствор впрыскивается в рабочую камеру, реагирует с воздухом и стекает вниз (рис. 5). Вот этот отработанный раствор измеряется датчиками РН на уровень кислотности и его показания оказывают непосредственное влияние на приготовление исходного раствора. Если уровень РН понижается, что указывает на повышение содержания кислоты, впрыскивается больше щелочи и, соответственно, наоборот. Конечно, любому специалисту понятно, что разброс допустимых значений очень мал и чтобы выпускаемый воздух соответствовал требованиям Ростехнадзора, необходима достаточно тонкая и кропотливая настройка. 

Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве  Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве

4. Щелочная вытяжка – система очистки воздуха, содержащего пары щелочи. Она идентична кислотной, с точностью до наоборот. (рис. 6) 

В системе очистки воздуха используются также, так называемые, локальные скрубберы – для очистки выбросов оборудования, использующего специальные газы – токсичные, гидридные, огневзрывоопасные. После технологического процесса остаются частично не прореагировавшие газы или продукты их взаимодействия. Эти вещества дожигаются в высокой температуре и фильтруются через воду. Продукты дожигания остаются в воде, воздух направляется для дальнейшей очистки в скрубберы. Вода направляется в систему очистки стоков. 

Надо сказать, что несмотря на простоту и понятность принципов работы перечисленных систем, на деле приходится сталкиваться со множеством технических проблем, требующих новых решений. Дело в том, что технологический процесс происходит не просто в очень агрессивной среде, но еще и при высоких (300°С и более) температурах. Агрессивные кислотные или щелочные среды при высоких температурах вызывают сильную коррозию металла. Составные элементы систем очистки (воздуховоды, вентиляторы, насосы, скрубберы) в результате постоянного взаимодействия с агрессивной средой быстро разрушаются и сами могут стать источником опасности для персонала и производства в целом. Чтобы свести такую опасность к минимуму, при создании оборудования используются специальные материалы (рис 7 – 9). 

Воздуховоды, из нержавеющей стали, покрытые изнутри политетрафторэтиленом (если проще – тефлоном), способны противостоять разрушающему действию кислот и щелочей в несколько раз дольше (рис 10).

Системы очистки воздуха в микроэлектронном производстве – достаточно сложное хозяйство, в силу объективных причин выделившееся в отдельное направление. Решения здесь, как и вся микроэлектроника, постоянно совершенствуются. Несмотря на то, что российское законодательство ставит очень жесткие нормы в сравнении с зарубежными, сейчас разработаны схемы, позволяющие справиться с очень сложными процессами и довести содержание примесей в очищенном воздухе до разрешенных величин. И, кстати, системы очистки – наглядный пример того, как развитие одной технологии влечет за собой развитие сопутствующих направлений.

«ТРОНИКС» - ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ
ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

«ТРОНИКС» - МОДУЛЬНЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ

Изготовление менее, чем за 1 месяц!