گرم ڈیونائزڈ پانی (95 ڈگری) استعمال کرنے والے سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں کے لیے، کیا ٹائٹینیم ہیٹر 0.1 پی پی بی سے زیادہ دھاتی آئن آلودگی کا سبب بن سکتے ہیں؟

سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں کو انتہائی پیور واٹر (UPW) کی ضرورت ہوتی ہے جس میں میٹل آئن آلودگی کی سطح <0.1 پارٹس فی بلین (ppb) کے اہم مراحل جیسے ویفر کی صفائی، اینچنگ اور سٹرپنگ کے لیے ہوتی ہے۔ کلی کو ڈیونائزڈ پانی سے کیا جاتا ہے اور گیلے اسٹیشنوں میں نہانے کا درجہ حرارت 95 ڈگری پر برقرار رکھا جاتا ہے۔ ٹائٹینیم وسرجن ہیٹر اپنی سنکنرن مزاحمت اور اعلی تھرمل چالکتا کی وجہ سے اس سروس کے لیے پرکشش ہیں۔ تاہم، ایک اہم تشویش الٹرا پیور پانی میں ٹائٹینیم کے رسنے کا امکان ہے، جو منتقلی دھاتوں کے لیے انتہائی کم 0.1 پی پی بی کی حد سے زیادہ ہو سکتا ہے جو جنکشن لیکیج اور گیٹ آکسائیڈ کے نقائص کا سبب بنتے ہیں۔ اس مطالعہ میں گریڈ 2 اور گریڈ 7 کے ٹائٹینیم ہیٹر سے 95 ڈگری سینٹی گریڈ ڈیونائزڈ پانی میں ٹائٹینیم آئن کے اخراج کی شرح کا تعین کیا گیا ہے اور آیا ٹائٹینیم ہیٹر کو پانی کی پاکیزگی کو متاثر کیے بغیر سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔

انتہائی صاف پانی میں ٹائٹینیم کی رہائی کا طریقہ کار
ٹائٹینیم ہائی-مزاحمتی ڈیونائزڈ پانی (18.2 MΩ·cm، کل تحلیل شدہ ٹھوس <1 ppb) میں تھرموڈینامک طور پر مستحکم غیر فعال TiO2 فلم بناتا ہے۔ لیکن فلم مکمل طور پر غیر فعال نہیں ہے۔ آکسائیڈ کی ایک سست کیمیائی خرابی ہے: TiO 2 + 2H 2 O → Ti(OH) 4 (گھلنشیل) ٹائٹینیم کی تحلیل شدہ اقسام، عام طور پر Ti(OH)₄ یا TiO²⁺ آئن، درجہ حرارت، pH اور پانی کے معیار پر منحصر شرح سے پانی میں داخل ہوتی ہیں۔ بے ترتیب TiO 2 کی محلولیت 1-5 ppb کی ترتیب میں ٹائٹینیم کے طور پر غیر جانبدار pH اور 95 ڈگری پر ہے۔ یہ توازن کی حراستی ہے؛ ہیٹر سے نکلنے کی اصل شرح پانی کے بہاؤ کی شرح، سطح کے رقبے اور پانی کو مسلسل بھرنے (ایک بار کے ذریعے) یا گردش کرنے پر منحصر ہے۔

Electrochemical tests demonstrate that titanium Grade 2 has a passive current density of 0.01-0.05 µA/cm² in deionized water (resistivity >18 MΩ·cm، تحلیل شدہ آکسیجن 8 ppm) 95 ڈگری پر۔ یہ کرنٹ 0.003-0.015 ملی میٹر/سال کے ٹائٹینیم تحلیل کرنے کے برابر ہے، جو ٹیوب کی دیوار کی موٹائی کے حوالے سے غیر ضروری ہے لیکن دھاتی آئن کی آلودگی کے حوالے سے کافی ہے۔ موجودہ کثافت سے آئن ریلیز میں تبدیلی: 0.05 μA/cm² × 1 گھنٹہ × سطح کا رقبہ ہر گھنٹے آپریشن کے دوران تقریباً 0.09 ng/cm² تحلیل شدہ ٹائٹینیم دیتا ہے۔

گیلے بنچ سروس میں ٹائٹینیم کی حراستی کی پیمائش
مقداری نتائج سیمی کنڈکٹر گریڈ کے گیلے بنچوں پر 95 C پر دوبارہ گردش کرنے والے ڈیونائزڈ واٹر سسٹم کے ساتھ کنٹرول شدہ جانچ سے حاصل کیے گئے تھے۔ ٹائٹینیم کے ارتکاز کی 1,000 گھنٹے کی مدت میں inductively کپلڈ پلازما ماس اسپیکٹومیٹری (ICP-MS، پتہ لگانے کی حد 000000000000000000000000 گھنٹے کی مدت میں کی گئی تھی۔ (گریڈ 2، 1.65 ملی میٹر دیوار، 800 سینٹی میٹر 2 سطح کا رقبہ) 100 لیٹر گیلے بینچ میں 20 L/منٹ پر دوبارہ گردش کر رہا ہے۔

ٹائٹینیم کا مواد پہلے گزرنے (پہلے 24 گھنٹے) کے بعد 0.06–0.10 ppb پر مستحکم ہو گیا۔ ہر 24 گھنٹے میں نمونے لینے سے 0.05 اور 0.12 پی پی بی کے درمیان ریڈنگ ہوتی ہے، اوسطاً 0.08 پی پی بی۔ تھرمل سائیکلنگ (ہیٹر بند پھر آن) کے نتیجے میں کبھی کبھار 0.15 پی پی بی تک اضافہ ہوتا ہے۔ مستقل 95 ڈگری حالت میں ٹائٹینیم کا اوسط ارتکاز 0.1 پی پی بی کی سطح پر یا اس سے تھوڑا نیچے تھا۔

انہی حالات میں، گریڈ 7 ٹائٹینیم (Ti-0.15Pd) سے ٹائٹینیم کی رہائی 0.03-0.07 ppb تھی، اور پیلیڈیم کی رہائی 0.01 ppb کی کھوج کی حد سے نیچے تھی۔ کم ریلیز کی شرح پیلیڈیم کے کیتھوڈک اثر کی وجہ سے گریڈ 7 پر زیادہ مستحکم غیر فعال فلم سے منسوب ہے۔

عوامل جو 0.1 پی پی بی کی حد سے اوپر ہیں۔
مختلف قسم کے آپریشنل حالات ٹائٹینیم کے ارتکاز کو 0.1 پی پی بی سے زیادہ کر سکتے ہیں:

ابتدائی وقفہ-مدت میں: نئے، تازہ ٹائٹینیم ہیٹر پہلے 48-72 گھنٹوں میں 0.3-0.8 پی پی بی ٹائٹینیم خارج کریں گے کیونکہ غیر فعال فلم مستحکم ہوتی ہے۔ اہم عمل کے غسل خانوں میں تنصیب کے لیے 95oC UPW میں 72 گھنٹے کے ڈبونے سے پہلے کی ضرورت ہوتی ہے۔

درجہ حرارت کی سائیکلنگ: ہر ٹھنڈا/دوبارہ گرم کرنے والا سائیکل غیر فعال فلم کو توڑ دیتا ہے جس کے نتیجے میں 0.15-0.25 پی پی بی ریلیز کا عارضی اضافہ ہوتا ہے جو 4-6 گھنٹے میں ختم ہو جاتا ہے۔ گیلے بینچ جو دن میں کئی بار اپنے ہیٹر کو آن اور آف کرتے ہیں وہ طویل مدت کے لیے 0.1 ppb کی حد سے تجاوز کر جاتے ہیں۔

محدود بہاؤ یا جمود والی حالتیں – دوبارہ گردش کرنے والے نظاموں میں، محدود ٹرن اوور کے ساتھ، ٹائٹینیم ٹائٹینیم ہیٹر کے ساتھ 100 لیٹر غسل میں 500 گھنٹے کے بعد متوازن حل پذیری. 0.2-0.3 پی پی بی تک بناتا ہے اور پانی کی تازگی نہیں ہوتی ہے۔

5.0 سے کم یا 9.0 سے زیادہ پی ایچ سیر: ٹائٹینیم کی حل پذیری غیر جانبدار پی ایچ کے باہر بہت بڑھ گئی ہے۔ deionized پانی کا pH جو ہوا سے CO2 جذب کرتا ہے 5.5-6.0 ہو سکتا ہے، جو ٹائٹینیم کے اخراج کو 2-3 کے عنصر سے بڑھاتا ہے۔

ڈی آکسیجنیٹڈ پانی (نائٹروجن صاف) 5-10 کے عنصر سے Ti کے اخراج کو بڑھاتا ہے۔ 1 پی پی ایم سے نیچے تحلیل شدہ آکسیجن سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں کو ہوا سے سیر ہونا چاہیے۔

سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں کے لیے ٹائٹینیم ہیٹر ایپلی کیشن میٹرکس
گیلے بنچ کی ترتیب پانی کے معیار کا ہدف (Ti) ہیٹر کی قسم متوقع Ti Concentration Compliant؟
مسلسل بہاؤ، ایک بار کے ذریعے، 95 ڈگری<0.1 ppb Grade 2, pre-passivated 0.05-0.10 ppbYes, by a margin.
Recirculated غسل 95 ڈگری ہفتہ وار پانی کی تبدیلی<0.1 ppb Grade 7 pre-passivated 0.03-0.07 ppb Yes
Recirculated غسل، 95 ڈگری، کوئی پانی کی تبدیلی<0.1 ppb Grade 2 or Grade 7 0.15-0.25 ppb after 500 hr Not applicable
بار بار تھرمل سائیکلنگ (4+ سائیکل/دن)<0.1 ppb Grade 7 + continuous DI flush 0.08-0.12 ppb Marginal
کریٹیکل گیٹ آکسائڈ کللا (ذیلی 0.05 پی پی بی گول)<0.05 ppb Quartz or PTFE heater 0.01-0.02 ppb (quartz) Not recommended: titanium
نائٹروجن صاف کرنے والی کوئی بھی سروس (کم O2)<0.1 ppbN/A Quartz or sapphire Titanium unsuitable
تعمیل کے لیے تخفیف کی حکمت عملی
ٹائٹینیم ہیٹر کا استعمال کرتے ہوئے گیلے بنچوں کے لیے<0.1 ppb titanium, the following techniques are effective:

پری-نئے ہیٹر انسٹال کرنے سے پہلے 72-96 گھنٹے کے لیے علیحدہ 95 ڈگری UPW ٹینک میں چلائیں، ہر 24 گھنٹے بعد پانی تبدیل کریں۔ گزرنے والے پانی کو ضائع کریں۔

مسلسل بہاؤ کا آپریشن: گیلے بنچوں کو ایک بار-کے ذریعے یا زیادہ-بلیڈنگ آپریشن کے لیے ترتیب دیں، ریفریش کے بغیر دوبارہ گردش نہیں کریں۔ ٹائٹینیم کو توازن کے ارتکاز تک پہنچنے سے روکنے کے لیے غسل کے حجم/گھنٹہ کے 5 سے 10% خون کی شرح استعمال کی جاتی ہے۔

درجہ حرارت کا مستقل آپریشن: تھرمل طور پر چکر نہ لگائیں۔ • ہیٹر کو ہر وقت 95 ڈگری پر رکھنے کے لیے کم-پاور اسٹینڈ بائی موڈ استعمال کریں، یہاں تک کہ غیر فعال ادوار کے دوران بھی۔

پی ایچ کنٹرول: CO2 اسکربنگ یا ان لائن ڈیگاسنگ کا استعمال کرتے ہوئے پی ایچ 6.5-7.5 پر ڈیونائزڈ پانی کو برقرار رکھیں۔ NO N2 دوبارہ آکسیجن کے بغیر صاف کرنا۔

سطح کا علاج: الیکٹرو پولش ٹائٹینیم سطحیں (را<0.2 µm) release 30-50% less titanium than pickled or as-drawn surfaces because of the smaller surface area and fewer active sites.

سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں پر 95 ڈگری پر گرم ڈی آئنائزڈ پانی کے لیے، مناسب طور پر غیر فعال ٹائٹینیم ہیٹر (گریڈ 2 یا گریڈ 7) ٹائٹینیم آئن کی آلودگی کو 0.1 پی پی بی یا اس سے کم تک مسلسل بہاؤ یا ہائی-بلیڈ ری سرکولیشن اور کم سے کم تھرمل سائیکلنگ کے ساتھ محدود کر سکتے ہیں۔ گریڈ 7 میں گریڈ 2 (0.05-0.10 ppb) سے بڑی رینج (0.03-0.07 ppb) ہے۔ دوبارہ گردش کرنے والے حماموں کے لیے، پانی کی تازہ کاری کے بغیر یا بار بار تھرمل سائیکلنگ ایپلی کیشنز کے لیے، ٹائٹینیم ہیٹر> 0.1 ppb ہوں گے اور کوارٹز یا PTFE ہیٹر فراہم کیے جائیں۔ سیمی کنڈکٹر سروس کے لیے ٹائٹینیم ہیٹر پر پاسیویشن (طریقہ اور وقت) کی دستاویزات طلب کریں اور الیکٹرو پولش سطحوں کی وضاحت کریں۔ ٹائٹینیم کے ساتھ اہم گیٹ آکسائڈ کے عمل کے لیے کسی بھی گریڈ کے لیے سفارش نہیں کی جاتی ہے۔<0.05 ppb metal targets.