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高纯气体的配管及材质

2019年01月03日 热度:850 ℃

1.高纯气体管路的设计要点: 

(1)对于不同特性的气体,要规划独立的供应区域,一般分为三个区:腐蚀性/毒性气体区、可燃性气体区、惰性气体区,将相同性质的气体集中加强管理,可燃性气体区要特别规划防爆墙与泄漏口,若空间不足,可考虑将惰性气体放置与毒性/腐蚀性气体区。 

(2)管路设计需要考虑输送的距离,距离越长,成本越高,风险也越高,通常较合理的设计流速为20ml/S,可燃性气体小于10ml/S,毒性/腐蚀性气体小于8ml/S,在用量设计方面,则需要考虑使用点的压力和管径大小,前者与气体特性有关,后者使用点的管径一般为1/4”~3/8”。 

(3)根据用气设备的分布情况,高纯气体的管网不宜过大或者过长;宜采用不封闭的环形管路,在系统末端连续不断排放少量的气体,以便在管网中总有高纯气体流通,不会发生“死空间”引起高纯气体的污染。 

(4)管路中应减少不流动气体的“死空间”,不应设有盲管,在特种气体的储气瓶与用气设备之间应设吹扫控制装置、多阀门控制装置、用以控制各个阀门的开关顺序、系统吹除,以确保供气系统的安全、可靠运行和防止“死区”形成而滞留污染物,降低气体纯度。 

(5)对高纯气体纯度要求不同的用气设备,宜采用分等级高纯气体输送系统;也可采用同等级输送系统,但是在纯度要求高的用气设备邻近处设末端气体提纯装置。 

(6)为了检测高纯气体的纯度和杂质含量,输送系统除了设置必要的连续检测仪器,如衡量水含量或者氧杂质含量等分析仪外,还应设置定期取样用的检测采样口,以便按规定时间进行采样,分析高纯气体中各种杂质的含量。 

(7)在亚微米级的集成电路生产中,要求供应10-9级的高纯气体,为了确保末端用气工艺设备处的气体纯度,使气体中的杂质含量

(包括尘粒)控制在规定的数值内,一般在设备前设置末端纯化装置,或末端高精度气体过滤器 

2.高纯气体配管及附件材质的选择 

(1)选择标准 

●选用渗透性小、出气速率低、吸附性差的材料: 

目前超大规模集成电路前工序高纯气体输送系统管道材料采用不锈钢光亮退火管(SS304BA、SS316BA)、不锈钢电抛光管(SS316L-EP)等,但是对要求控制高纯气体中总杂质含量≤1.01.0×10-6及以下的管材应用SS316L-EP管,高纯气体使用管材的特点及要求如下表所示:

注:

①管路型式以气体特性设计,惰性气体使用一般的单层管,作为制程用的反应气体,则选用高级别的SS316L-EP管;

使用与芯片接触但不参与制程反应的气体则选用SS316L-BA管。 

②对于自燃爆炸,有剧毒的特种气体,如SiH4、PH3、AsH3等则考虑使用双套管,它的内/外管材质一般为SS316L-EP/SS316L-AP,此设计的主要目的有两点,首先可保护内管直接受到外力撞击,其次能将由内管渗漏的气体阻绝于外管,并利用相关的检测设备检测,目前常用的设计有正压和负压两种方式,负压设计是将内外管间抽成真空,正压设计则是灌以氮气维持正压,两者皆可接上压力表或者压力警报器检知泄漏状态。 

●内表面处理:通常采用的方法有机械喷砂、化学溶液清洗、化学抛光、电抛光等,目前广泛应用的管材有光亮退火管和电抛光管。 

●阀门的选用:高纯气体对系统所用阀门的严密性有十分严格的要求,目前国内洁净厂房的高纯气体管道的阀门基本都采用SS304或SS316L不锈钢材质,阀门型式有隔膜阀、波纹管阀和球阀。波纹管阀的严密性比球阀好,在气体流过阀门时没有与外环境接触的填料,所以没有渗漏现象:隔膜阀除了严密性与波纹管阀相当以外,还具有阀体死体积小,易吹除且污染少,所以适用于对气体纯度和生产工艺要求极严格或者危险性大的气体。

●管道连接:①高纯气体一般采用手工氩弧焊接和自动氩弧焊接,焊接型式通常采用承插焊和对焊,承插焊的好处在于施焊时管道的对中,方便焊接,但缺点是由于管道与承插口之间有间隙,会存在“死空间’不易将杂质吹除,影响高纯气体质量。因此对于要求极为严格的高纯气体来说,应采用对接焊连接并要求内表面无焊缝,即在施工时不得使用不锈钢焊丝,利用母材的本身融化填满焊缝。

②为确保输送至用气设备的气体质量,高纯气体管道与用气设备之间应用不锈钢金属软管连接,不宜采用非金属软管。 

③高纯气体管道与阀门等附件连接应采用密封不易泄漏的专用接头予以连接,常用的接头方式有两种:分别为VCR(Vacuum Coupling Retainer)和SWG(Swaglok),VCR采用优良的金属垫,利用纵向压力压紧,因此泄漏率极低,约为10~9A cc/s,且耐压较高,常用于气体杂质含量1.0×10-9级的高纯气输送系统,而SWG则不如VCR,耐压较低,基本上这两种接头方式的安全性足可代替焊接的方式。 

“VCR”连接件构造示意图如下:1-压盖螺帽;2-密封压盖;3-垫片;4-接头;

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