Специальные газы

  • магистральный азот (чистота 5,0)
  • 15 специальных особо чистых газов (чистота до 6,0)
  • очистка от H2O и O2 до 100 ppb
  • автоматические газовые шкафы
  • автоматическая система газоанализа
  • система оборотного водоохлаждения
  • системы обеспечения сжатым воздухом
   Стабильность и надежность любого производства, в особенности высокотехнологического, обеспечивается его инфраструктурой. На первый взгляд незаметные и располагающиеся, как правило, в подвальных помещениях или технических этажах, данные подсистемы выполняют крайне важную и ответственную задачу 24 часа в сутки 7 дней в неделю. В НОЦ ФМН к таким системам относятся система воздухоподготовки, системы обеспечения сжатым воздухом и техническим азотом высокой чистоты, система оборотного водоохлаждения, система газоанализа и пожаротушения, а также одна из наиболее сложных и опасных – система обеспечения особочистыми специальными газами.

    К специальным газам относят газы или смеси газов, которые имеют узкоспециализированное назначение и удовлетворяют особым требованиям к их чистоте, а также содержанию примесей. В НОЦ «Функциональные микро/наносистемы» используются газы чистотой от класса 4,0 (содержание основного компонента 99,99%) до класса 6,0 (99,9999%). Для транспортировки и хранения газов такой чистоты в НОЦ ФМН используются специализированные баллоны объемом 10, 40 или 50 литров, к которым также предъявляются особые требования, в первую очередь по безопасности. Каждый баллон проходит обязательную процедуру сертификации перед тем, как его доставят и подключат в систему. Проводятся испытания на прочность, на течи, в том числе на гелиевые, тесты на влажность и на частицы. Так, например, для большинства специальных газов, используемых в НОЦ ФМН, недопустимо наличие более одной частицы размером 0,1 мкм на кубический фут (0.028 кубического метра). При изготовлении структур нанометровых размеров попадание частиц в 10-100 раз крупнее самих функциональных элементов может привести к полному уничтожению устройства. Так как данные устройства кропотливо изготавливаются в течение продолжительного времени, от нескольких дней до нескольких недель и более, обнаружение неработоспособного устройства на финальной стадии его производства приводит к колоссальным потерям как времени и человеческих ресурсов, так и материалов.

    При проектировании Технологического центра ФМН учитывался опыт крупных микроэлектронных предприятий, был проведен анализ ведущих мировых центров и их инфраструктурных подсистем, проведен сравнительный анализ поставщиков оборудования для специальных газов, поставщиков самих газов, а также тщательный анализ компаний, занимающихся внедрением данных решений. В результате был образован высоконадежный конгломерат из ведущих американских и немецких производителей, который совместными усилиями реализовал в НОЦ ФМН систему обеспечения специальными газами на самом высоком уровне.

    В НОЦ «Функциональные микро/наносистемы» используется 15 специальных особо чистых газов чистотой до класса 6,0 (99,9999%), среди которых азот, кислород, аргон, гелий, водород, тетрафторметан (CF4), закись азота (N2O), трифторметан (CHF3), октафторциклобутан (C4F8), гексафлорид серы (SF6), аммиак (NH3), трихлорид бора (BCl3), бромоводород (HBr), хлор (Cl2) и моносилан (SiH4). Именно поэтому, в НОЦ ФМН удаляется особое внимание безопасности сотрудников, окружающей среды и оборудования. Так, особо опасные токсичные и взрывоопасные газы и газовые смеси располагаются в отдельном помещении на улице, в котором реализована система бесперебойного электроснабжения, отдельная вытяжная и приточная вентиляция, система нейтрализации газов (скрубберы), а также система подачи сжатого воздуха для пневматических клапанов. Помимо этого, все особоопасные газы располагаются в специализированных бронированных пожароустойчивых газовых шкафах ведущего американского производителя. Данные шкафы являются полностью автоматическими, благодаря чему для использования газа или смены баллона газа не требуется ничего кроме стандартной процедуры отсоединения и установки на место нового баллона. Все необходимые действия для подачи газа в линию, а также контроля за давлением баллона (в случае газообразных реагентов) или его весом (в случае жидких реагентов) осуществляет автоматика. Соответственно, сигнал о необходимости смены баллона также выдается автоматически при опустошении баллона до определенного уровня.

 

    В НОЦ ФМН реализована четырехуровневая система мониторинга, оповещение и предупреждения нештатных ситуаций. Сюда относится, в первую очередь, контроль за малейшими утечками газа. Магистрали всех особоопасных газов выполнены в виде коаксиальных труб, внешняя оболочка которых заполнена инертным газом. В случае любой разгерметизации или повреждения трубопровода, давление инертного газа падает, системы включает тревогу и мгновенно останавливает подачу газа. Помимо этого, в газовых шкафах, а также у каждой технологической установки, использующей газ, установлены высокочувствительные газоанализаторы ведущего немецкого производителя, которые включают сигнализацию в случае обнаружения содержания опасных газов в несколько раз ниже допустимого уровня, еще безопасного для человека. На втором уровне безопасности осуществляется непрерывный контроль потока вытяжной вентиляции (100-200 м3/ч). В случае его незначительного уменьшения выдается предупреждение, а в случае резкого падения – сигнализация и полное отключение газоснабжения. Данная вытяжная вентиляция предназначена исключительно для удаления скоплений газов, которое может происходить только в результате аварии или повреждения трубопровода. Т.е. в исправно работающей системе скопления газов не происходит; тем не менее, вытяжная вентиляция работает в режиме 24/7. Третий уровень безопасности – это система автоматического пожаротушения, а четвертый уровень – высоконадежная система предупреждения нештатных ситуаций. Так, например, в случае возникновения малейшей угрозы утечки газа в помещении на улице, весь персонал чистого помещение внутри здания будет уведомлен и эвакуирован. Это реализовано с одной лишь целью – безопасность и здоровье сотрудников центра.

 

    Для проведения научных исследований и получения результатов, соответствующих и превышающих мировой уровень, в НОЦ ФМН уделяют особое внимание чистоте материалов, из которых и с помощью которых изготавливаются высокотехнологичные устройства. Помимо предъявления жестких требований к чистоте и качеству подложек, металлов для осаждения и других исходных материалов, также тщательно контролируется качество и чистота химических реагентов, воды и, в особенности, специальных газов. Как указано выше, в НОЦ ФМН используется 15 специальных особо чистых газов чистотой до класса 6,0 (99,9999%). В процессе аттестации с приемо-сдаточных испытаний газовых магистралей проводилась их продувка в течение нескольких суток, что позволило добиться уровня содержания влаги и кислорода до 100 ppb (частей на миллиард). На все газовые магистрали установлены дополнительные очистители, расположенные в непосредственной близости к технологическому оборудованию и увеличивающие класс чистоты отдельных газов до 8 (99,999999%), а сами магистрали выполнены из высококачественной немецкой стали с шероховатостью Ra менее 250 нм.

    Помимо аттестации и приемо-сдаточных испытаний систем газоснабжения, в Центре внедрен опыт ведущих мировых микроэлектронных предприятий, благодаря которому разработана специальная методика работы со специальными газами. В дополнение к использованию газораспределительных панелей ведущего немецкого производителя, внедрена в практику процедура смены использованных баллонов, включающая в себя множество стадий продувки участка магистрали инертным газом, а также полное вакуумирование линии в течение суток. Это позволяет с уверенностью получать идентичные и повторяемые результаты в течение длительного периода времени, будь то плазмохимическое травление кремния и его окисла или осаждение тонких пленок благородных металлов.



    Другой немаловажной инфраструктурной подсистемой является система обеспечения магистральным техническим азотом чистотой класса 5,0. Источником азота является резервуар с жидким азотом объемом 6 м3 и весом более 5 тонн от ведущего немецкого производителя. Разработка системы проводилась согласно множеству регламентов и плавил, а сам резервуар находится на учете в Ростехнадзоре. Благодаря специальному газификатору жидкий азот, поступающий в магистраль, испаряется и поступает в технологический Центр уже в газообразном виде. В непосредственной близости от оборудования установлены очистителя газа, повышающие класс чистоты технического азота до 6,0. Чистота технического азота крайне важна поскольку он используется во всех процессах вакуумных установок, а также в системах жидкостной химии, в том числе для продувки и сушки пластин и образцов.

    Практически все оборудование Технологического центра, от установки проявления фоторезистов до мини-завода по производству ультрачистой воды, использует сжатый воздух для обеспечения работы пневматических клапанов. Не важно, используется ли воздух для открытия/закрытия линий подачи проявителей или же для постоянной обдувки оптики с целью предотвращения попадания на нее частиц пыли, требования к сжатому воздуху предъявляются очень серьезные. Для их обеспечения в НОЦ ФМН используется высокопроизводительная компрессорная установка от ведущего Шведского производителя, оборудованная системой осушения воздуха, позволяющая достичь содержания влаги до 100 ppb (частей на миллиард). Магистраль сжатого воздуха спроектирована с учетом возможности расширения и добавления новых потребителей практически на любом участке центра. Это позволяет вводить в строй новое оборудование в кратчайшие сроки.

    Для работы высоковакуумного оборудования, а также для поддержания работы систем обеспечения чистым воздухом требуется водяное охлаждение. В большинстве случаев это реализуется подключением к обычному городскому водопроводу со всеми вытекающими последствиями: образованию кальциевых отложений в трубах и росту микроорганизмов. Это, в свою очередь, может привести к выходу из строя дорогостоящих вакуумных насосов, не говоря уже о невозможности выполнения технологических операций. В НОЦ ФМН для водяного охлаждения используется не обычая водопроводная вода, а пермеат из системы водоподготовки. Пермеат представляет собой предварительно очищенную воду с низкой концентрацией солей, которая образуется на выходе установки обратного осмоса. Пермеат постоянно циркулирует в замкнутом контуре, что предотвращает образование микроорганизмов и других нежелательных образований.

   
Последние события ФМН