炉管清洗机的工作原理

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工艺技术

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发布时间：

2025-06-06

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湿法炉管清洗机主要用于半导体、光伏等行业的高温炉管（如扩散炉、氧化炉）内壁清洁，去除残留的硅片碎屑、氧化物、碳化物等污染物。

一、设备系统组成

湿法炉管清洗机主要包含以下子系统：

清洗腔体：耐腐蚀材料（如PP、PTFE）制成的密封槽体，用于承载炉管与清洗液。

化学分配系统：储液罐、精密泵阀、管路及浓度/温度传感器，实现清洗液的自动配比、输送与循环。

加热与温控系统：加热器与PID控制器，维持清洗液在设定温度（通常50°C–80°C）。

机械传动系统：电机驱动装置，实现炉管在清洗槽、漂洗槽、干燥位间的精确转移与旋转。

漂洗与干燥系统： DI水喷淋单元、溢流槽及氮气（N₂）吹扫系统，去除残留化学品并干燥。

废液处理系统：中和与收集装置，满足环保排放要求。

控制系统： PLC或计算机集成，实现流程自动化与参数监控。

二、核心工作原理

设备通过化学溶解、刻蚀、络合及物理冲刷协同作用去除污染物：

1.化学清洗机制

HF/HNO₃混合液：用于去除硅氧化物（如SiO₂）及金属污染。

磷酸（H₃PO₄）：针对高温碳化物（如SiC）的腐蚀。

碱性溶液（如KOH）：溶解硅片残留或有机物。

酸性/碱性腐蚀液：

化学反应原理：通过酸液与污染物发生氧化还原反应，生成可溶性盐类，随清洗液冲走。

热解与氧化辅助

高温处理：部分设备在清洗前加热炉管至800°C以上，使有机污染物热解挥发，同时氧化金属杂质（如残留的铝或铜）。

氧气氛围：通入O₂或N₂O气体，增强氧化效果，减少碳残留。

2.物理清洗机制

高压水射流/喷砂：通过高压水流或惰性颗粒（如玻璃微珠）喷射，剥离炉管内壁的松散颗粒和结痂层。

机械刮擦：部分设备采用旋转刷头或螺旋输送装置，直接摩擦清除顽固附着物（如碳化硅沉积物）。

超声波空化：利用高频振动产生空化效应，分解微小颗粒并防止其重新聚集。

三、关键工艺参数与控制

化学溶液浓度：直接影响刻蚀/溶解速率与均匀性（在线传感器监测，自动补液）。

温度：显著影响反应动力学（±1°C 精度控制）。

处理时间：依据污染程度与化学液活性优化设定。

流体动力学：循环/喷淋流量、压力、模式影响质量传输与冲刷效果。

漂洗水质与用量：确保化学品残留低于ppb级。

干燥气体纯度与流量：防止二次污染，保证干燥效率。

四、应用与发展

广泛应用于半导体前端（FEOL）制造、光伏电池生产中的扩散/LPCVD炉管维护。

发展趋势包括：

更高程度的自动化与智能化（IoT, AI优化配方）。

开发更环保、高效的清洗化学品（如低浓度HF、有机酸）。

与干法清洗（如激光、等离子）结合形成混合工艺。

强化在线监测（颗粒计数、化学品浓度、终点检测）。

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