За полупроводничке мокре клупе које користе топлу дејонизовану воду (95 степени), могу ли титанијумски грејачи да изазову контаминацију металним јонима већу од 0,1 ппб?

Полупроводнички мокри столови захтевају ултрачисту воду (УПВ) са нивоима контаминације металним јонима од < 0,1 делова на милијарду (ппб) за кључне фазе процеса као што су чишћење плочица, нагризање и скидање. Испирање се врши дејонизованом водом, а температура купатила у влажним станицама се одржава на 95 степени. Титанијумски урањајући грејачи су атрактивни за ову услугу због своје отпорности на корозију и високе топлотне проводљивости. Међутим, значајна забринутост је могућност испирања титанијума у ​​ултрачисту воду, која може бити већа од веома ниске границе од 0,1 ппб за прелазне метале који изазивају цурење споја и дефекте оксида на вратима. У овој студији је квантификована брзина ослобађања јона титанијума из титанијумских грејача степена 2 и 7 у дејонизованој води од 95 степени Ц и утврђује се да ли се титанијумски грејачи могу користити у полупроводничким мокрим столовима без утицаја на чистоћу воде.

Механизам за ослобађање титанијума у ​​ултра чистој води
Титанијум формира термодинамички стабилан пасивни ТиО2 филм у дејонизованој води високе-отпорности (18,2 МΩ·цм, укупне растворене чврсте материје < 1 ппб). Али филм није сасвим инертан. Долази до спорог хемијског разлагања оксида: ТиО 2 + 2Х 2 О → Ти(ОХ) 4 (растворљив) Растворене врсте титанијума, обично Ти(ОХ)₄ или ТиО²⁺ јони, улазе у воду брзином која зависи од температуре, пХ и квалитета воде. Растворљивост аморфног ТиО 2 је реда величине 1-5 ппб као титанијум при неутралном пХ и 95 степени. Ово је равнотежна концентрација; стварна брзина испуштања из грејача зависи од протока воде, површине и да ли се вода непрекидно допуњује (једнократно) или циркулише.

Electrochemical tests demonstrate that titanium Grade 2 has a passive current density of 0.01-0.05 µA/cm² in deionized water (resistivity >18 МΩ·цм, растворени кисеоник 8 ппм) на 95 степени. Ова струја је еквивалентна растварању титанијума од 0,003-0,015 мм/годишње, неважно у односу на дебљину зида цеви, али значајно у погледу контаминације металним јонима. Конверзија из густине струје у ослобађање јона: 0,05 μА/цм² × 1 сат × површина даје око 0,09 нг/цм² раствореног титанијума сваког сата рада.

Концентрација титанијума мерена у мокрој клупи
Квантитативни резултати су добијени контролисаним испитивањем на мокрим клупама за полупроводнике са рециркулишућим дејонизованим системом воде на 95 Ц. Концентрација титанијума је праћена током периода од 1.000 сати помоћу масене спектрометрије индуктивно спрегнуте плазме (ИЦП-МС, детекција граница детекције 0,01 кВ и ппб топлоте). 2, зид од 1,65 мм, површина 800 цм2) ради у мокрој клупи од 100 литара која рециркулише при 20 Л/мин.

Садржај титанијума је постао стабилан на 0,06–0,10 ппб након прве пасивизације (прва 24 сата). Узорковање свака 24 х дало је очитавања између 0,05 и 0,12 ппб, са просеком од 0,08 ппб. Термички циклус (грејач је искључен, а затим укључен) резултирао је повременим порастом на 0,15 ппб. У условима константног 95 степени просечна концентрација титанијума била је на нивоу од 0,1 ппб или мало испод.

Под истим условима, ослобађање титанијума из титана 7 степена (Ти-0,15Пд) било је 0,03-0,07 ппб, а ослобађање паладијума је било испод границе детекције од 0,01 ппб. Нижа брзина ослобађања се приписује стабилнијем пасивном филму на степену 7 због катодног ефекта паладијума.

Фактори који су изнад границе од 0,1 ппб
Разне радне ситуације могу узроковати да концентрација титанијума премаши 0,1 ппб:

Почетна пауза-периода: Нови, свеж титанијумски грејачи ће испуштати 0,3-0,8 ппб титанијума у ​​првих 48-72 сата како се пасивни филм стабилизује. Инсталација у критичним процесним купатилима захтева претпасивацију урањањем у трајању од 72 сата у 95оЦ УПВ.

Циклус температуре: Сваки циклус хлађења/поновног загревања разбија пасивни филм што доводи до пролазног повећања ослобађања од 0,15-0,25 ппб које се распада током 4-6 сати. Влажне клупе које укључују и искључују грејаче много пута дневно премашују границу од 0,1 ппб током дужег временског периода.

ограничен проток или услови стагнације – У рециркулацијским системима, са ограниченим обртом, титанијум достиже равнотежну растворљивост. 0.2-0.3 ппб након 500 сати у купатилу од 100 литара са титанијумским грејачем и без освежавања воде.

пХ вредности испод 5,0 или преко 9,0: Растворљивост титанијума је знатно повећана изван неутралног пХ. пХ дејонизоване воде која апсорбује ЦО2 из ваздуха може бити 5,5-6,0, што повећава ослобађање титанијума за фактор 2-3.

Деоксигенисана вода (пречишћен азотом) повећава ослобађање Ти за фактор 5-10. Растворени кисеоник испод 1 ппм Полупроводничке мокре клупе треба да буду засићене ваздухом.

Матрица за примену титанијумских грејача за полупроводничке мокре клупе
Конфигурација мокре клупе Циљ квалитета воде (Ти) Тип грејача Очекивана концентрација Ти у складу са?
континуирани проток, једном кроз, 95 степени<0.1 ppb Grade 2, pre-passivated 0.05-0.10 ppbYes, by a margin.
Рециркулисано купатило 95 степени недељно мењање воде<0.1 ppb Grade 7 pre-passivated 0.03-0.07 ppb Yes
Купатило са рециркулацијом, 95 степени, без промене воде<0.1 ppb Grade 2 or Grade 7 0.15-0.25 ppb after 500 hr Not applicable
Чести термални циклуси (4+ циклуса/дан)<0.1 ppb Grade 7 + continuous DI flush 0.08-0.12 ppb Marginal
Испирање оксида критичне капије (циљ испод 0,05 ппб)<0.05 ppb Quartz or PTFE heater 0.01-0.02 ppb (quartz) Not recommended: titanium
Било који сервис са пречишћавањем азотом (низак О2)<0.1 ppbN/A Quartz or sapphire Titanium unsuitable
Стратегије ублажавања за усклађеност
За мокре клупе користе титанијумске грејаче са<0.1 ppb titanium, the following techniques are effective:

Претходна{0}}пасивација Стављајте нове грејаче у посебан резервоар од 95 степени УПВ 72-96 сати пре инсталације, мењајући воду на свака 24 сата. Одложите пасивну воду.

Рад са континуираним протоком: Конфигуришите влажне клупе за једно-кроз или високо{1}}операцију, а не за рециркулацију без освежавања. Стопа крварења од 5 до 10% запремине купатила/сат се користи да би се спречило да титан достигне равнотежну концентрацију.

Рад са константном температуром: Немојте термички циклирати. • Користите-режим приправности ниске снаге да бисте држали грејаче на 95 степени све време, чак и током периода неактивности.

Контрола пХ вредности: Одржавајте дејонизовану воду на пХ 6,5-7,5 користећи ЦО2 чишћење или инлине дегазацију. НО Н2 пречишћавање без реоксигенације.

Површинска обрада: Електрополиране површине од титанијума (Ра<0.2 µm) release 30-50% less titanium than pickled or as-drawn surfaces because of the smaller surface area and fewer active sites.

За топлу дејонизовану воду на 95 степени на полупроводничким мокрим клупама, одговарајуће пасивизирани грејачи од титанијума (Граде 2 или Граде 7) могу да ограниче контаминацију јонима титанијума на 0,1 ппб или испод са континуираним протоком или високим{4}} рециркулацијом одвода и минималним термичким циклусима. Оцена 7 има већи опсег (0,03-0,07 ппб) од степена 2 (0,05-0,10 ппб). За рециркулацијске купке, без освежавања воде или за честе термалне циклусе, титанијумски грејачи ће бити > 0,1 ппб и треба да се испоруче кварцни или ПТФЕ грејачи. Затражите документацију о пасивизацији (начин и време) на титанијумским грејачима за полупроводнички сервис и наведите електрополиране површине. Титанијум се не препоручује за било коју класу за критичне оксидне процесе са<0.05 ppb metal targets.