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高純氣體的配管技術(shù)日益受到關(guān)注和重視的原因

信息來(lái)源：www.kjqilun.cn | 發(fā)布時(shí)間：2021年09月25日

高純氣配管技術(shù)是高純氣體供氣系統(tǒng)的重要組成部分，是能否將合符要求的高純氣體送至用氣點(diǎn)仍保持質(zhì)量合格的關(guān)鍵技術(shù)；所謂高純氣配管技術(shù)包括系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)、管件及附件的選擇、施工安裝和試驗(yàn)測(cè)試等內(nèi)容。近年來(lái)以大規(guī)模集成電路為代表的微電子產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)高純氣體的純度和雜質(zhì)含量的日益嚴(yán)格的要求，使高純氣體的配管技術(shù)日益受到關(guān)注和重視。以下是襄陽(yáng)氣體批發(fā),液態(tài)氣體廠家針對(duì)高純氣體輸送從選材到施工以及驗(yàn)收、日常管理的概述。

常見(jiàn)氣體的種類

電子行業(yè)中常見(jiàn)氣體的分類：

普通氣體，也稱大宗氣體 （Bulk gas ）：氫氣（H2）、氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）、氬氣（A2）等；

特種氣體（Specialty gas ）主要有：SiH4、PH3、B2H6、A8H3、CL、HCL、CF4、NH3、POCL3、SIH2CL2、SIHCL3、NH3、BCL3、SIF4、CLF3、CO、C2F6、N2O、F2、HF、HBR、SF6……等等；

特殊氣體的種類一般可分為腐蝕性、毒性、可燃性、助燃性、惰性等，一般常用的半導(dǎo)體氣體分類如下：

1、腐蝕性 / 毒性：HCl 、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、 BCl3 …等；

2、可燃性：H2、 CH4、 SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…

3、助燃性：O2、Cl2、N2O、NF3…等；

4、惰性：N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr、He…等。

半導(dǎo)體氣體很多是對(duì)人體有害的。特別是其中有些氣體如SiH4的自燃性，只要一泄漏就會(huì)與空氣中的氧氣起劇烈反應(yīng)，開(kāi)始燃燒；還有AsH3的劇毒性，任何些微的泄漏都可能造成人員生命的危害，也就是因?yàn)檫@些顯而易見(jiàn)的危險(xiǎn)，所以對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性的要求就特別高。

氣體的應(yīng)用范圍

氣體產(chǎn)品作為現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，應(yīng)用范圍廣泛，在冶金、鋼鐵、石油、化工、機(jī)械、電子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、醫(yī)藥醫(yī)療等部門，均使用大量的常用氣體或特種氣體。氣體應(yīng)用，特別對(duì)這些領(lǐng)域的高新技術(shù)有重要的影響，是其不可缺少的原料氣或工藝氣。也只有各種新興工業(yè)部門和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的需要和推動(dòng)，氣體工業(yè)產(chǎn)品才能在品種、質(zhì)量和數(shù)量等方面得到飛躍發(fā)展。

氣體在微電子、半導(dǎo)體行業(yè)中應(yīng)用

氣體的使用在半導(dǎo)體制程中一直扮演著重要的角色，特別是半導(dǎo)體制程目前已被廣泛的應(yīng)用于各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，凡舉傳統(tǒng)的ULSI、TFT-LCD到現(xiàn)在的微機(jī)電(MEMS)產(chǎn)業(yè)，皆以所謂的半導(dǎo)體制程為產(chǎn)品的制造流程，其中的制程包括如干蝕刻、氧化、離子布植、薄膜沉積等皆使用到相當(dāng)多的氣體，而氣體的純度則對(duì)組件性能、產(chǎn)品良率有著決定性的影響，氣體供應(yīng)的安全性則關(guān)乎人員的健康與工廠運(yùn)作的安全。
高純管道在高純氣體輸送中的意義

在不銹鋼熔煉制材過(guò)程中，每噸可吸收大約200g的氣體。不銹鋼材加工完畢，不僅其表面粘有各種污染物，而且在其金屬晶格內(nèi)也吸留有一定量的氣體。當(dāng)管路中有氣流通過(guò)時(shí)，金屬所吸留的這部分氣體會(huì)重新進(jìn)入氣流中，污染純凈氣體。當(dāng)管內(nèi)氣流為不連續(xù)流動(dòng)時(shí)，管材對(duì)所通過(guò)的氣體形成壓力下吸附，氣流停止通過(guò)時(shí)，管材所吸附的氣體又形成降壓解析，而解析的氣體同樣作為雜質(zhì)進(jìn)入管內(nèi)純凈氣體中。同時(shí)，吸附、解析周而復(fù)始，使得管材內(nèi)表面金屬也會(huì)產(chǎn)生一定的粉末，這種金屬粉塵粒子同樣污染管內(nèi)純凈的氣體。管材的這一特性至關(guān)重要，為了確保輸送的氣體的純凈度，不僅要求管材內(nèi)表面有一個(gè)很高的光滑度，而且，應(yīng)當(dāng)具有很高的耐磨特性。

腐蝕性能較強(qiáng)的氣體時(shí)，必須選用耐腐蝕的不銹鋼管材作配管，否則，管材將會(huì)由于腐蝕而在內(nèi)表面產(chǎn)生腐蝕斑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)大片金屬剝離甚至穿孔，從而污染輸配的純凈氣體。大流量的高純、高潔凈度氣體輸配管道的連接，原則上全部采用焊接，要求采用的管材，在施焊時(shí)組織不發(fā)生變化。含碳過(guò)高的材料在焊接時(shí)，受焊接部位的透氣，使得管內(nèi)外氣體的相互滲透，破壞輸送氣體的純度、干燥度和潔凈度，導(dǎo)致我們的各項(xiàng)努力全部失去意義。綜上所述，對(duì)于高純氣體及特種氣體輸送管道，必需采用一種特種處理的高純不銹鋼管，至使高純管道系統(tǒng)（包含管道、管件、閥門、VMB、VMP）在高純氣體配送中占有至關(guān)重要的使命。

輸配管道潔凈技術(shù)的一般概念

高純、潔凈氣體體輸送配管道，是指對(duì)輸送氣體的“三度”有一定的要求或控制。

1、氣體純度：氣體中雜質(zhì)氣氛的含量，通常用氣體純度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，如99.9999%,也用雜質(zhì)氣氛含量的體積比ppm 、ppb、 ppt表示。

2、干燥度：氣體中微量水分的含量，或稱之為濕量，通常以露點(diǎn)表示，如常壓露點(diǎn)-70℃。

3、潔凈度：氣體中含有污染物粒子的數(shù)量，粒徑為 m的粒子，多少粒/M3 來(lái)表示，對(duì)于壓縮空氣，通常也用不可避免的固體殘留物的多少mg/m3來(lái)表示，其中涵蓋了含油量。

污染物大小分類：污染物粒子，主要指管道沖刷、磨損、腐蝕產(chǎn)生的金屬粒子、大氣煙塵粒子，以及微生物、噬菌體以及含濕氣體凝聚的液滴等，按其粒徑的大小分為：

a、大粒子—粒徑在5μm以上；

b、粒子—料徑在0.1μm-5μm之間；

c、超微粒子—粒徑小于0.1μm。

為增強(qiáng)應(yīng)用本技術(shù)時(shí)，能夠?qū)αＷ哟笮『挺蘭單位的感性認(rèn)識(shí)，現(xiàn)提供一組具體的粒子狀況，供對(duì)照參考

氣體輸配管道選材的原則

所有高純度、高潔凈的氣體均需通過(guò)管路輸送到設(shè)備用點(diǎn)（POU），為了達(dá)到工藝對(duì)氣體的質(zhì)量要求，在氣體出口指標(biāo)一定的情況下，則更需重視配管系統(tǒng)的材料選用和施工質(zhì)量。除取決于制氣或凈化設(shè)備的精度外，在很大程度上受到管路系統(tǒng)諸多因素的影響，因此，管材的選取應(yīng)恪守相關(guān)行業(yè)原則，并在圖紙中注明管道材質(zhì)。

管路的材質(zhì)則依使用的需求進(jìn)行選擇，若為制程用的反應(yīng)氣體則選擇高等級(jí)的316L EP管，經(jīng)電解拋光處理，耐腐蝕，表面粗糙度低，Rmax約為0.3μm以下，其值遠(yuǎn)低于經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理之316L BA管的0.8μm，因平整度越高越不容易形成微渦流，而將污染粒子帶出。316L BA管則常使用于和芯片接觸但不參與制程反應(yīng)的氣體，如GN2、CDA。管內(nèi)表面粗糙度是衡量管材質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。粗糙度越低，其顆粒攜帶可能性大大降低。另一種未經(jīng)特殊處理的AP管，則用于不做為供氣管路的雙套外管。

目前在國(guó)內(nèi)潔凈管道可參照標(biāo)準(zhǔn)比較少，通常我們除了參照《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》《氫氧站設(shè)計(jì)規(guī)范》《壓縮空氣設(shè)計(jì)規(guī)范》等有關(guān)技術(shù)行業(yè)技術(shù)規(guī)范外，在業(yè)內(nèi)我們慣用的選材與配管一般參照國(guó)際通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

在半導(dǎo)體體行業(yè)線寬越做越小，其對(duì)氣體純度、顆粒度、雜質(zhì)含量、露點(diǎn)的要求也越來(lái)越高。表1是各線寬下對(duì)超純氮?dú)獾囊蟆?br />
1、高純氮?dú)猓≒N2）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。

2、氮?dú)猓∟2）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管或光亮退火（BA）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或球閥。

3、高純氫氣（PH2）氫氣（H2）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。

4、氬氣（Ar）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。

5、氦氣（He）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L不銹鋼管）閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。

6、特氣系統(tǒng)：必要的還需做雙套管：外管酸洗鈍化（AP）處理，內(nèi)管電解拋光（EP），閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。

7、壓縮空氣（CDA）：系統(tǒng)管道采用光亮退火（BA）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的球閥（要求不高的公司亦可采用銅管，視工藝要求定）。

對(duì)于特殊氣體來(lái)講，氣體品種多，有毒有害氣體多，原來(lái)是一機(jī)臺(tái)配一氣柜，高昂的裝備組合和維修費(fèi)用大大增加了投資成本，且有的還布置在工藝間內(nèi)，存在著泄漏的安全隱患?，F(xiàn)在廣泛采用集中供氣系統(tǒng)，氣柜集中，自控系統(tǒng)不斷完善，其報(bào)警、噴淋、切換、吹掃多較為成熟，特氣間也與工藝間隔離，并對(duì)房間有防爆要求，工作的安全性大大提高 。

針對(duì)腐蝕性、毒性、燃燒性的氣體，通常設(shè)計(jì)將鋼瓶置于氣瓶柜內(nèi)，再透過(guò)管路將氣體供應(yīng)至現(xiàn)場(chǎng)附近的閥箱，而后再進(jìn)入制程機(jī)臺(tái)的使用點(diǎn)，于進(jìn)入機(jī)臺(tái)腔體之前，會(huì)有獨(dú)立的氣體控制盤與制程控制模塊聯(lián)機(jī)，以質(zhì)流控制器進(jìn)行流量之控制與進(jìn)氣的混合比例控制，通常此氣體控制盤不屬于廠務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范疇，而是歸屬制程機(jī)臺(tái)設(shè)備的一部份。一般的惰性氣體則是以開(kāi)放式的氣瓶架與閥盤進(jìn)行供應(yīng)。

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