オイルフリー圧縮空気の半導体への応用

半導体業界では、ほとんどの従業員が、空気は生産ラインの血液であると認めている。 この血液は純粋で、油がなく、乾燥していなければならない。 わずかな油分や水蒸気が入っていても、チップ全体が廃棄される可能性がある。 オイルフリー圧縮空気は半導体製造ではオプションではなく、必須オプションである。

半導体はなぜ空気に「潔癖」なのか

半導体チップ上の線路はナノメートルレベルまで細く、髪の毛より数万倍細い。 このような尺度では、肉眼では見えないほこり、肉眼では見えないオイルミストが、回路全体を短絡させたり、故障させたりする。

油分がチップ表面に当たると、見えない薄膜が形成され、電気信号が異常になる。 水分がチップの中の敏感な材料に当たると、化学反応を引き起こし、チップの性能が低下したり、そのまま壊れたりする。

だから、半導体業界の圧縮空気に対する要求は、絶対に油がなく、極端に乾燥し、非常に清潔であるという三つの言葉で要約できる。 業界では通常、最高基準をゼロ級無油と呼んでいます。空気中の含油量はゼロでなければならないという意味です。

オイルフリー圧縮空気は半導体生産のすべてのステップを貫通している

最先端のシリコンウエハの製造から最後のパッケージテストまで、ほとんどの部分はオイルフリー圧縮空気から離れられない。

結晶引きと切片

半導体の起点は単結晶シリコン棒で、それを引き出して、薄切りにして、研磨しなければならない。 これらのステップでは、圧縮空気はシリコンウエハの表面の微小な粒子をパージするために使用され、切断と研磨設備を駆動するためにも使用される。 空気中に少し油があると、シリコンウエハの表面に油膜が残り、後のすべての工程が無駄になる。

リソグラフィコーナー

リソグラフィはチップを製造する最も中核的なステップであり、シリコンウエハに回路パターンを「印刷」することに相当する。 この過程の空気の清浄度に対する要求はすべての環節の中で最も高い。 圧縮空気はレジストの表面をパージし、精密な空気圧機器を駆動するために使用されます。 ステッパの中の多くのバルブとシリンダーは、すべてオイルレス圧縮空気によって制御され、気圧が少し変動すると、模様がずれ、ウエハ全体が廃れてしまう。

エッチングと薄膜堆積の一環

エッチングは不要な材料を取り除くことで、薄膜堆積は必要な材料を一層敷くことである。 どちらのステップも、キャビティ内の圧力を安定させるために圧縮空気を必要とし、同時にオイルフリー空気で残基をパージする。 空気中に油があると、堆積したフィルムに不純物が介在し、フィルムの均一性や厚さに問題がある。

イオン注入リンク

イオン注入はシリコンウエハに「ドープ」する重要なステップであり、極めて正確な空気圧制御が必要である。 圧縮空気駆動のバルブは反応が速く、作動が正確でなければならない。このすべての前提は空気中にオイルミストがないことで、そうでなければバルブはカールトン、応答が遅くなり、注入の精度がなくなる。

洗浄とパージ

チップの製造過程でシリコンウエハを繰り返し洗浄し、洗浄が終わるたびにオイルフリー圧縮空気で表面を乾かす。 パージ用の空気が油を含んでいると、油がシリコンウエハの表面に残り、後のプロセスが汚染される。

パッケージとテストの一環

チップができたらパッケージ化し、テストしなければならない。 パッケージ時には圧縮空気でチップ機、リードボンディング機を駆動し、テスト時には圧縮空気でチップに加圧して漏れがないかどうかを検出する。 これらの環節も空気に油がないことを要求している。そうでなければ、パッケージの品質とテスト結果は信頼できない。

窒素製造工程

半導体生産では窒素ガスを保護ガスとして大量に使用し、焼結時に窒素ガスで材料が酸化されるのを防止し、パッケージ時に窒素ガスで空気を遮断する。 窒素ガスは圧縮空気から分離され、コンプレッサが提供する空気の品質は直接窒素ガスの純度を決定する。 空気がきれいではなく、窒素もきれいではない。

水潤滑コンプレッサーはなぜ半導体業界にますます適しているのか

伝統的な噴射スクリュー圧縮機は低コストだが、生まれつきのトラブルがある: 油。 油は圧縮室の中で必然的に一部がオイルミストになって空気に混入し、後ろに何本のフィルターを入れても100% 清潔にすることは難しい。 また、オイルミストは冷凍機の熱交換チューブに蓄積され、時間が長くなると放熱が悪くなり、冷凍機はもっと一生懸命に仕事をして、電気代が上がって、メンテナンスも頻繁になった。

乾式オイルレススクリュー機は油の問題はないが、キャビティ内に隙間を埋める液体がないため、ガス漏れが深刻で、効率が低い、しかもロータ間のドライミル、摩耗が速く、メンテナンスコストが低い。

水潤滑コンプレッサーはちょうどこの2つの案の短い板を補充した。

油の代わりに水を使って潤滑、密封、冷却という三つのことをしています。 水が蒸発せず、オイルミストが発生しないため、出てくる空気は源から油がなく、清浄度が非常に高い。 水の比熱容量が大きく、熱を奪う能力が油よりも強く、圧縮過程で温度がより穏やかに制御され、ガスは温度が上昇してエネルギーを浪費しないため、乾式無油モデルよりも効率が高い。

半導体業界では、水潤滑コンプレッサーに冷凍機をつけた後、ガス路全体が伝統案よりずっときれいになる。 冷凍機の熱交換管にスラッジがたまることはなく、放熱効率は常にオンラインで、頻繁に洗浄する必要がなく、運転がより安定している。 リソグラフィ、エッチング、薄膜堆積など空気品質に対する要求が極めて高い環節は、より確実な保障が得られる。

また、水潤滑コンプレッサにはオイルエレメント、オイルガス分離コアなどの消耗品がなく、後期のメンテナンスコストはオイル噴射機よりずっと低い。 排出されたガスと水は分離装置によって分離され、水が循環して戻って使用され、廃油が発生せず、環境に配慮した圧力も小さい。

半導体工場にとって、水を選んで空気圧縮機を潤滑するのにはもう一つの隠れた利点がある: ガス路全体がより爽やかで、後端の窒素製造機、冷凍機、フィルターはそんなに必死に働く必要がなく、寿命がもっと長い消耗品を交換する頻度はより低く、総合的に長期コストを計算するとかえってコストが安くなる。

一言でまとめる

半導体業界では、無油圧縮空気は補助設備ではなく、彫刻機、エッチング機と同じ重要な核心インフラである。 結晶化からパッケージ化まで、一歩一歩離れられない。 水潤滑コンプレッサーは源から油汚染をなくし、効率が高く、メンテナンスが少なく、後処理設備の効果が高いため、半導体業界で主流になっている。 空気がきれいになったら、チップがきれいになり、製品が合格できる。