Оптимизируйте эти системы, чтобы сделать заводы по производству полупроводников более прибыльными
Три аспекта жидкостных и газовых систем, на которые стоит обратить внимание, чтобы сделать производство более прибыльным
Мировой рынок полупроводников продолжает демонстрировать стремительный рост. По данным Ассоциации полупроводниковой промышленности (SIА) за февраль 2023 года, общий объем продаж полупроводников в мире в 2022 году составил 573,5 млрд долларов США, что является рекордно высоким годовым показателем и на 3,2 % превышает показатель за 2021 год, когда объем продаж составил 555,9 млрд долларов США.
Удовлетворение спроса требует строительства новых заводов по производству полупроводников и оптимизации существующих. В конце 2022 года только в США было объявлено о строительстве сорока шести новых заводов по производству полупроводников. Однако эти данные отражают лишь часть картины, поскольку ожидается, что в ближайшие несколько лет спрос резко возрастет.
Существует бесчисленное множество жидкостных и газовых систем, которые делают возможной работу многомиллиардных предприятий по производству полупроводников. Снижение рисков при производстве микросхем на предприятии требует оптимизации не только процессов производства микросхем, но и всей системы распределения газов и химических веществ высокой степени чистоты.
Мы попросили трех опытных специалистов выездного технического обслуживания Swagelok, которые оказывают поддержку производителям полупроводников по всему миру, рассказать нам, как, основываясь на их опыте, сэкономить средства, трудозатраты и время при эксплуатации критически важных жидкостных и газовых систем на заводах. Читайте дальше, чтобы узнать, что они сказали.
Применение аргона при строительстве новых заводов
Строительство нового завода по производству полупроводников — грандиозное начинание. Как правило, строительство критически важных жидкостных и газовых систем требует привлечения множества архитектурно-инженерных компаний (EPC), которые выполняют монтаж. Иногда над критически важными жидкостными и газовыми системами одновременно работают сотни сварщиков.
В каждой точке сварки на предприятии должен поддерживаться соответствующий уровень подачи аргона для продувки. Продувка, которая предотвращает окисление сварного шва и загрязнение, важна в большинстве общепромышленных случаев применения сварки, но особенно при сварке под высоким или сверхвысоким давлением.
«Сварные швы с недостаточной подачей аргона будут видны по цвету »
Маргарет Бреннан (Margaret Brennan)
Специалист выездного технического обслуживания, Swagelok Southwest
«Если вы видите много цвета [рис. 1] — иногда его называют ‘сахаром, — значит через внутренний диаметр сварного шва проходит недостаточно аргона. А это неприемлемо для жидкостных и газовых систем на производстве полупроводников. Это может не только привести к загрязнению, но и отрицательно повлиять на целостность сварного шва».
По словам Бреннан, для обеспечения стабильно высокого качества сварных швов, способствующего эффективности строительства, необходимо соблюдение двух важных условий.
«Во-первых, сварщикам необходимо иметь под рукой аргон при переходе от одного сварного шва к другому, — говорит она. — «Доступ сварщиков к мобильной и эргономичной продувочной штанге или панели может помочь им продолжать перемещаться от одной точки сварки к другой с высокой эффективностью».
Второе требование более сложное. На объекте одновременно могут работать сварщики разного уровня квалификации из нескольких архитектурно-инженерных компаний. А поскольку производство полупроводников необходимо наращивать как можно быстрее за счет новых заводов, владельцы предприятий могут заключать контракты с архитектурно-инженерными подрядчиками, у которых нет опыта работы с жидкостными и газовыми системами для производства полупроводников.
Сварка без достаточной подачи аргона может привести к загрязнению и отрицательно повлиять на целостность сварного шва.
«Крупные производители полупроводников знают, что требуется для систем высокого и сверхвысокого давления, но подрядчики, которых они нанимают, могут не обладать таким уровнем специальных знаний, — сказала Бреннан. — Это означает, что обучение имеет важнейшее значение. Повсюду строятся заводы, а производители полупроводников нанимают подрядчиков, которые, возможно, в основном работали с жидкостными и газовыми системами в нефтегазовой отрасли. Нередко многие подрядчики изучают тонкости сварки в полупроводниковой отрасли прямо на рабочем месте».
Бреннан уделяет большую часть своего времени реализации учебных программ, призванных помочь сварщикам в использовании орбитального сварочного оборудования для выполнения единообразных и высоконадежных сварных швов с минимальной вероятностью загрязнения.
«Последствия загрязнения жидкостных и газовых систем на производстве полупроводников могут быть колоссальными, — говорит Бреннан. — Поэтому мы снабжаем строителей навыками, необходимыми для эффективного выполнения работы, чтобы строительство зданий осуществлялось по графику и в рамках бюджета».
Изолированные шланги для охлаждающего оборудования
Поддержание оптимальных температур, необходимых для единообразных и воспроизводимых процессов производства микросхем, требует использования в жидкостных и газовых системах высококачественных герметичных изолированных компонентов, таких как шланги для охлаждающего оборудования.
Шланги для охлаждающего оборудования должны быть способны поддерживать экстремальные целевые температуры теплообменных жидкостей.
Эти шланги, используемые для подачи охлаждающей жидкости в технологические камеры на производстве полупроводников при осаждении и травлении тонких пленок, должны быть способны поддерживать экстремальные целевые температуры теплообменных жидкостей (до -90 °C/-130 °F для плазменного травления на передовых функциональных узлах). «Поскольку жидкости транспортируются по шлангам при отрицательных температурах, существует высокая вероятность образования нежелательного конденсата на шланге, если он не изолирован должным образом, — говорит Такаси Мацумото (Takashi Matsumoto), специалист выездного технического обслуживания Swagelok Japan. —
Конденсат может нанести серьезный ущерб производству полупроводников. Капли, падающие со шлангов охлаждающего оборудования, могут повредить электрические компоненты вспомогательного оборудования на заводе по производству полупроводников, что может привести к остановке оборудования по обработке пластин. Капли конденсата также могут быть ошибочно приняты за опасные химические вещества из-за их внешнего сходства».
Такаси Мацумото (Takashi Matsumoto)
Специалист выездного технического обслуживания, Swagelok Japan
По словам Мацумото, решение проблемы образования конденсата включает два аспекта: высокоэффективные изоляционные материалы и оптимальная прокладка шлангов.
Системы транспортировки больших объемов газа специального назначения
Процесс производства полупроводников требует надежной и стабильной подачи многочисленных инертных и высокочистых газов специального назначения, включая, помимо прочего, аммиак, хлороводород, трихлорид азота, из баллона или резервуара к производственному инструменту. Для этого требуются системы подачи и распределения газа, спроектированные для удовлетворения узкоспециализированных потребностей.
«Одной из целей системы подачи и распределения больших объемов газа специального назначения является предотвращение нежелательного проникновения воздуха, кислорода, влаги или других примесей во всю систему».
Тони Чао (Tony Chao)
Специалист выездного технического обслуживания, Swagelok Taiwan
Не вся нержавеющая сталь одинакова
Во всех марках нержавеющей стали главными компонентами, отвечающими за коррозионную стойкость и пластичность металла, являются хром и никель. Однако не все прутковые заготовки одинаковы. Выбирайте сплавы нержавеющей стали, содержащие более высокие уровни никеля и хрома, чем требуется по минимальным стандартам ASTM, поскольку это может способствовать повышению эксплуатационных характеристик.
«Герметичность газового шкафа также имеет важное значение для обеспечения безопасности, поскольку газы могут быть токсичными или легковоспламеняющимися при попадании в атмосферу», — говорит Тони Чао (Tony Chao), специалист выездного технического обслуживания Swagelok Taiwan.
Критический характер систем для больших объемов газа специального назначения требует использования высоконадежных трубок, трубных обжимных фитингов, клапанов, регуляторов давления и других важнейших компонентов систем подачи и распределения газа. По словам Чао, чтобы избежать опасных утечек, все компоненты должны быть изготовлены из высококачественных материалов.
«Многие из этих видов газов могут быть очень едкими, поэтому в каждом компоненте должна использоваться высококачественная нержавеющая сталь, — сказал он. — Коррозия может привести к недопустимому загрязнению систем сверхвысокого давления и способствовать утечкам».
Долговечность компонентов — не единственная проблема в сфере подачи и распределения больших объемов газа специального назначения. Правильное проектирование системы и передовой опыт могут помочь предотвратить непредвиденные простои и повысить безопасность, что обеспечит бесперебойную работу завода.
«У нашей команды многолетний опыт проектирования и разработки систем подачи и распределения газа на производстве полупроводников, и мы помогаем нашим заказчикам оптимизировать работу и устранять неполадки, если они возникают, — говорит Чао. — Зачастую архитектурно-инженерные компании, работающие над системами такого типа, приходят из нефтехимической отрасли, и мы можем предоставить информацию, которая актуальна для сферы полупроводников.
Орбитальная сварка с использованием аргона, изолированные шланги охлаждающего оборудования и системы подачи и распределения больших объемов газа специального назначения — это лишь некоторые из областей применения жидкостных и газовых систем, которые производители полупроводников могут оптимизировать для максимального повышения производительности, эффективности и прибыльности своих предприятий.
Нужна помощь с одной из этих жидкостных или газовых систем или другими системами на вашем заводе? Специалисты выездного технического обслуживания Swagelok могут помочь с разработкой ТУ для компонентов высокой и сверхвысокой степени чистоты, консультациями по усовершенствованию жидкостных и газовых систем для максимального увеличения производительности и поддержанием жидкостных и газовых систем в рабочем состоянии. Вы всегда можете обратиться в региональный авторизованный центр продаж и сервисного обслуживания Swagelok, чтобы получить индивидуальную консультацию от одного из этих специалистов. Дополнительную информацию о том, как работать с критически важными жидкостными и газовыми системами для полупроводниковой промышленности, вы также можете найти в других разделах блога.
Статьи по Теме
Как оптимизировать процесс производства полупроводников методом атомно-слоевого осаждения (ALD)
Узнайте, почему специализированные клапаны и грамотно спроектированная система управления клапанами могут обеспечить более высокую эффективность и надежность процессов атомно-слоевого осаждения и предоставить производителям полупроводников новые средства оптимизации технологического процесса.
Преимущества выездной инженерно-технической поддержки
Как специализированная инженерно-техническая поддержка производителей микросхем может увеличить эффективность работы.
Зачем нужны фитинги с торцевым уплотнением высокой степени чистоты
Узнайте, почему вакуумные фитинги с торцевым уплотнением идеально подходят для применения в производстве полупроводников высокой степени чистоты и как они помогают сделать производство микросхем более надежным.