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助力半導體制造可持續(xù)化 作者：泛林Lam Research 
氦氣正在變得緊缺。對于它的用途，消費者可能最熟悉的就是充氣球，但其實各種工業(yè)領域對氦氣的應用更加廣泛，其中也包括半導體制造。出于供給考慮，包括泛林集團在內的許多公司都在尋找減少氦氣使用的方法。 半導體芯片的制造涉及多種材料。有些材料比如硅的參與顯而易見，最終會出現在成品中；其他材料則不那么明顯，只是參與了幕后過程，最后不會出現在芯片里。氦氣就屬于后者，主要用于冷卻。
氦是自然界中第二小的原子，僅次于氫。氦氣是一種惰性氣體，不與其他任何物質發(fā)生化學反應。它在-268.9°C液化。它的沸點和冰點低于其他任何已知物質，其導熱系數（傳遞熱量的能力）也是除氫氣以外的氣體中最高的。 和許多其他材料一樣，有兩種方法可以獲取氦氣，從大自然中提取或者在實驗室里合成。由于合成成本太高，目前氦氣只能靠提取獲取。回收氦氣的方法還在討論中，尚未得到普遍應用。這意味著，氦氣使用后便被丟棄，后續(xù)無法再次利用。 尋找氦氣 氦氣只有一種可靠來源：天然氣藏。由于鈾等元素的放射性衰變，地球上產生了氦氣。氦氣常常在天然氣藏附近的地下水里聚集。雖然空氣中也有氦氣，但從空氣中獲取氦氣的成本是從天然氣藏中提取的10,000 倍。也因此，使用后被釋放到環(huán)境中的氦氣目前無法得到再利用或回收。
雖然并非每個天然氣藏都含有相當數量的氦氣，但這樣的礦床不少。一般來說，0.3%以上的氦含量就具有商業(yè)開采價值。對于這些氣田來說，只要天然氣被提取出來，氦氣也就分離出來了。 目前能產出氦氣的國家很少，僅有美國、加拿大、卡塔爾、阿爾及利亞、波蘭、俄羅斯和澳大利亞。在這七個國家中，分離氦氣的精煉廠不到 20 家。隨著氦氣的提取和天然氣供應的枯竭，氦氣產量將會減少，這引發(fā)了目前對氦氣長期可持續(xù)性的擔憂。 隨著供給逐步減少，氦氣已經成為一種戰(zhàn)略材料，這使行業(yè)與政府都開始關注氦氣未來的用處和用法。同時市場已經做出反應，氦氣價格在過去十年中翻了一番。短期價格飆升和短缺比過去更加普遍，政府管控的可能性增加。 這對要求來源穩(wěn)定、可預測的制造企業(yè)來說是一種挑戰(zhàn)。它們正在尋找生產過程中盡可能減少氦氣使用的方法。 泛林正在持續(xù)關注氦氣的減量
泛林集團正在努力減少對氦氣的依賴，這些氦氣在泛林的某些設備中用于冷卻。我們面臨的挑戰(zhàn)在于，要在不中斷設備運行和客戶使用這些設備進行批量生產的前提下，減少氦氣的使用量。 我們正在盡一切可能尋找氦氣的替代品。挑戰(zhàn)在于，除了非常活潑的氫氣，沒有比氦氣導熱系數更高的材料。也就是說，即便是可行的替代品，其導熱速度也都不如氦氣。如果導熱太慢，制造過程中的冷卻時間就要延長，導致整體生產的時間增加，效率也隨之降低。泛林正在努力尋求兩者的平衡。 由于泛林的努力，目前我們的客戶每生產一片晶圓所使用的氦氣已經大幅減少，但我們能做的還有很多。泛林集團的目標是繼續(xù)降低使用我們的設備所需的氦氣量。隨著氦氣價格的不斷攀升，氦氣替代品的發(fā)現對于我們的客戶來說就是降低成本，從長遠來看，這將是半導體制造可持續(xù)化進程中的又一大步。 |
