海南管道系統(tǒng)

一、超凈氣體

      超凈的氣體輸送管道系統(tǒng),是指具有超凈化要求的輸送高純氣體、摻雜氣體的管道系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于集成電路器件生產(chǎn)、太陽能光伏電池生產(chǎn)PDF顯示器面板生產(chǎn)等微電子領(lǐng)域,該系統(tǒng)輸送的氣體主要有高純大宗氣體(高純氧、高純氫、高純氦、高純氫等氣體)、特氣(硅烷、磷烷、砷烷、氯化氫、氯氣等工藝氣體),以上氣體在下文中簡稱“超凈氣體”。

     隨著微電子工業(yè)的不斷發(fā)展,特別是超大規(guī)模集成電路制造的晶圓尺寸不斷增大,線寬尺寸從微米級進人到亞微米(小于1um)級以及深亞微米(小于0.18um)級,這樣,對半導(dǎo)體制造工藝中的超凈氣體的品質(zhì)要求越來越高,對這些氣體中微粒、雜質(zhì)及露點控制要求極為嚴(yán)格,已達到ppb、ppt級,塵埃粒徑要求控制小于0.1um的微粒,因此對超凈氣體的輸送管路系統(tǒng)的潔凈度提出了非常高的要求。工藝氣體中的雜質(zhì)對半導(dǎo)體制造的整個過程都有影響。如高溫處理中,重金屬微粒向硅的內(nèi)部侵人擴散,誘發(fā)結(jié)晶缺陷,是導(dǎo)致半導(dǎo)體器件特性裂化的原因。腐蝕工序中,由于微粒附著在硅片處,將導(dǎo)致接觸部分和周圍的腐蝕加工精度降低。

熱處理工序中,堿金屬微粒使氧化膜與硅的界面特性產(chǎn)生異常 ，引起耐壓性差或電氣特性劣化。

由于一旦該氣體輸送管道發(fā)生污染,將很難通過吹掃徹底清除污染物,往往是被迫更換掉被污染的管路,由于該系統(tǒng)造價昂貴,這樣造成的損失將很大,因此,超凈氣體管道系統(tǒng)潔凈度的要求甚至比對其純度的要求在某種程度上顯得更為重要，潔凈度管理的要點是控制微粒污染,這已經(jīng)成為超凈氣體輸送管路的一項關(guān)鍵內(nèi)容。微粒污染源來自兩個方面:一是粘附在管壁上的微粒,二是因磨損或腐蝕等原因在管內(nèi)壁產(chǎn)生的微粒。本篇從氣體管路系統(tǒng)配置、管路系統(tǒng)材料選擇、配管技術(shù)等方面,結(jié)合工程實踐,提出一些防止管路系統(tǒng)對超凈氣體的微粒污染措施,供同行關(guān)注與參考。

二、系統(tǒng)配置；

     除特氣外的超凈氣體管道，在配管系統(tǒng)上應(yīng)分段配置氣體過濾器以去除微粒子，通常應(yīng)采用兩級以上的氣體過濾器，在潔凈廠房內(nèi)通常設(shè)置預(yù)過濾器和高精度末端氣體過濾器，預(yù)過濾器設(shè)在潔凈廠房氣體房間的干管上，對進行預(yù)過濾．以減輕末端氣體過濾器的負荷，并延長其使用壽命．高精度終端氣體過濾器應(yīng)設(shè)在用氣點處，在管路系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)該充分考慮系統(tǒng)末端的放空管，各主管和支干管未端的吹掃閥及必要的取樣口，以便干運行前的吹掃、氣體置換和維護管理，系統(tǒng)中應(yīng)盡量減少滯留氣體的空間．不應(yīng)出現(xiàn)盲管段等不易吹掃到的死角，以避免微粒的積聚：

特氣管道系統(tǒng)一般是在供氣起點（氣柜內(nèi)）和終端設(shè)置《用氣點）設(shè)置氣體過濾器．

三、配管材料選擇

1．主材選擇：

對超高純氣體管道．應(yīng)采用內(nèi)壁電解拋光的超低碳不銹鋼管(SUS3I6LEP)，表面粗糙度Ra10uin。對于制作EP管的母材普通的單真空熔化不銹鋼是不能滿足高純氣體的要求的，因單真空熔化不銹鋼制作的附件和管道表面相對粗糙．易于吸附釋放出微粒。應(yīng)采用更先進的雙真空熔化不銹鋼，雙真空熔化316L不銹鋼中不純雜質(zhì)進一步減少，從而使成品中的凹坑數(shù)量和被吸附的氣體減少。另外，雙真空熔化不銹鋼的化學(xué)成分是經(jīng)嚴(yán)格控制的，因此減少了污染的潛在性和提高了附件的可焊接性。

      管道的表面粗糙度對顆粒物吸附或釋放的影響是朂主要的，在BA管內(nèi)壁．粘附在管道內(nèi)表面的顆粒物無法吹掃掉，因為在顆粒躲藏的區(qū)域（管道內(nèi)表面凹陷處）幾乎沒有流體通過，當(dāng)彎管時，成百上千的顆粒物會被檢測到。

管道附件特殊要求是無泄漏，無雜質(zhì)，無氣體釋放、無死區(qū)和無聚合物。閥門選用波紋管閥或隔膜閥，因波紋管閥和隔膜閥漏氣量少，尤其隔膜閥的閥體死空間小，易吹除，應(yīng)優(yōu)先選用，閥座的密封面往往是引起內(nèi)部泄漏的主要原因，常用的的閥座密封材料是塑料，例如3M的kel-F或杜邦的Teflon，這些塑料像其它的塑料一樣會被滲透，并且閥門的頻繁動作會不可避免地使密封面產(chǎn)生微小粒子。

高純氣體的外部泄漏必須減小到至少低于泄露檢測的極限，只有采取金屬一金屬面密封能達到，在必須拆卸的地方，采用可靠性高的金屬密封墊-端面密封方式(VCR）連接，其余采用全自動脈沖氬弧焊軌道焊機進行焊接連接。

全自動脈沖氬弧焊軌道焊機焊接，不添加焊絲，可以確保焊接質(zhì)量，焊縫成型均勻美觀，能更大限度地降低焊縫對氣體微粒的影響，同時也減少了由于焊接工人的水平不同而導(dǎo)致焊接質(zhì)量的差異。

四、施工方法：

      在管道安裝前，應(yīng)繪制管道軸側(cè)圖，標(biāo)明管道的長度和焊口的詳細位置。繪圖時應(yīng)多考慮焊接的操作空間，并盡量著氣流的方向進行安裝。為了防止微粒污染，管道的所有預(yù)組裝加工應(yīng)在臨時凈化間內(nèi)進行。

     管子在切割過程中應(yīng)防止變形或劃出痕跡，在切割的過程中用高純氬氣進行吹掃以避免污染。切割完后，用專用刮削工具將端口刮削至平整，光滑，如端面不平，用專用工具將未端平整。

     焊接接口的好壞將直接影響到焊縫的質(zhì)量，從而影響整個配管安全。為了確保焊縫質(zhì)量，正式施焊前以及焊接過程中任何一參數(shù)（位置、氣流、管徑等〕發(fā)生變化，都必須做焊接試驗《即樣品），樣品的焊接記錄也應(yīng)登記在每天的日常焊接記錄上面，經(jīng)檢驗合格后方可正式施焊，焊縫成型必項均勻、美觀．不允許有未焊透、未熔合、焊面內(nèi)凹、氣孔、錯邊等缺陷。預(yù)制好的管道附件的兩端必須用潔凈的塑料蓋子連同塑料薄膜起封好，并用潔凈的膠帶扎緊，以減少大氣對管道的污染。

    在現(xiàn)場施工時，周圍的環(huán)境會對潔凈管道有污染的危險性，因此應(yīng)盡可能地在臨時凈化間內(nèi)施焊，減少現(xiàn)場焊接點的數(shù)量。在全自動脈沖氬弧焊焊接過程中，如果管內(nèi)殘留有氧氣或水分，則在焊接部位會形成氧化膜，變成微粒發(fā)生源，所以，在焊接過程中及焊接前后，用高純氮氣充分置換管內(nèi)的氧氣或水分是非常重要的。焊接保護氣體經(jīng)過0.05um過濾器過濾。現(xiàn)場每完成好一部分管道，兩端閥門必須關(guān)緊（如沒有閥門，管內(nèi)就應(yīng)一直充著氬氣保護）在管道施工過程中難免會有微粒進人管道系統(tǒng)內(nèi)，管路系統(tǒng)的吹掃是一個必不可少的過程；高純氣體管道用高純氮氣進行吹掃，先吹主干管，其次吹支干管．朂后吹掃各支管。吹掃時間根據(jù)氣體品質(zhì)不同要求確定，直到測試純度合格為止。非氮氣管道，用氮氣吹掃合格后進行置換，然后再次吹掃，直至置換后的氣體達到純度要求為止。根據(jù)氣體工藝要求應(yīng)做各種測試，包括管道系統(tǒng)總體對外泄漏試驗、總體對內(nèi)泄漏試驗、顆粒物、露點、含氧量測試氦檢泄漏試驗等。管道經(jīng)測試合格后管內(nèi)通入高純氮氣進行保護。

      對于高純氣體輸送系統(tǒng)的潔凈度控制，貫穿于系統(tǒng)設(shè)計、施工、驗收、使用各階段，在設(shè)計階段需作周密考慮，從系統(tǒng)配置上保證減少污染。在施工階段，從施工開始時即必須對微粒進行嚴(yán)密管理，在整個施工過程中每道工序和流程中，需采取防止微粒污染的措施，才能把微粒污染控制到朂小限度，滿足高純氣體對管路輸送系統(tǒng)的要求。