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    高純氣體管道系統的設計要點及材質選擇

    2022-03-03

    高純氣體管路的設計要點:


    1.對于不同特性的氣體,要規劃獨立的供應區域,一般分為三個區:腐蝕性/毒性氣體區、可燃性氣體區、惰性氣體區,將相同性質的氣體集中加強管理,可燃性氣體區要特別規劃防爆墻與泄漏口,若空間不足,可考慮將惰性氣體放置與毒性/腐蝕性氣體區。


    2.管路設計需要考慮輸送的距離,距離越長,成本越高,風險也越高,通常較合理的設計流速為20ml/S,可燃性氣體小于10ml/S,毒性/腐蝕性氣體小于8ml/S,在用量設計方面,則需要考慮使用點的壓力和管徑大小,前者與氣體特性有關,后者使用點的管徑一般為1/4”~3/8”。



    3.根據用氣設備的分布情況,高純氣體的管網不宜過大或者過長;宜采用不封閉的環形管路,在系統末端連續不斷排放少量的氣體,以便在管網中總有高純氣體流通,不會發生“死空間”引起高純氣體的污染。


    4.管路中應減少不流動氣體的“死空間”,不應設有盲管,在特種氣體的儲氣瓶與用氣設備之間應設吹掃控制裝置、多閥門控制裝置、用以控制各個閥門的開關順序、系統吹除,以確保供氣系統的安全、可靠運行和防止“死區”形成而滯留污染物,降低氣體純度。


    5.對高純氣體純度要求不同的用氣設備,宜采用分等級高純氣體輸送系統;也可采用同等級輸送系統,但是在純度要求高的用氣設備鄰近處設末端氣體提純裝置。


    6.為了檢測高純氣體的純度和雜質含量,輸送系統除了設置必要的連續檢測儀器,如衡量水含量或者氧雜質含量等分析儀外,還應設置定期取樣用的檢測采樣口,以便按規定時間進行采樣,分析高純氣體中各種雜質的含量。



    7.在亞微米級的集成電路生產中,要求供應10-9級的高純氣體,為了確保末端用氣工藝設備處的氣體純度,使氣體中的雜質含量(包括塵粒)控制在規定的數值內,一般在設備前設置末端純化裝置,或末端高精度氣體過濾器


    高純氣體配管及附件材質的選擇


    選用滲透性小、出氣速率低、吸附性差的材料。目前超大規模集成電路前工序高純氣體輸送系統管道材料采用不銹鋼光亮退火管(SS304BA、SS316BA)、不銹鋼電拋光管(SS316L-EP)等,但是對要求控制高純氣體中總雜質含量≤1.01.0×10-6及以下的管材應用SS316L-EP管。


    注:管路型式以氣體特性設計,惰性氣體使用一般的單層管,作為制程用的反應氣體,則選用高級別的SS316L-EP管;使用與芯片接觸但不參與制程反應的氣體則選用SS316L-BA管。


    對于自燃爆炸,有劇毒的特種氣體,如SiH4、PH3、AsH3等則考慮使用雙套管,它的內/外管材質一般為SS316L-EP/SS316L-AP,此設計的主要目的有兩點,首先可保護內管直接受到外力撞擊,其次能將由內管滲漏的氣體阻絕于外管,并利用相關的檢測設備檢測,目前常用的設計有正壓和負壓兩種方式,負壓設計是將內外管間抽成真空,正壓設計則是灌以氮氣維持正壓,兩者皆可接上壓力表或者壓力警報器檢知泄漏狀態。


    通常采用的方法有機械噴砂、化學溶液清洗、化學拋光、電拋光等,目前廣泛應用的管材有光亮退火管和電拋光管


    高純氣體概述:


    高純氣體(High Purity Gases)氣體工業名詞,通常指利用現代提純技術能達到的某個等級純度的氣體。對于不同類別的氣體,純度指標不同,例如對于氫,氮,氦,氬而言,通常指純度等于或高于99.999%的為高純氣體;而對于氧氣,純度為99.199%即可稱高純氧;對于碳氫化合物,純度為99199%的即可認為是高純氣體。高純氣體應用領域極寬,在半導體工業,高純氮,氫,氬,氦可作為運載氣,保護氣和配制混合氣的底氣。


    高純氣體根據分子結構的不同可以分為有機高純氣體,和無機高純氣體,


    有機高純氣體。


    1、烷烴類:


    甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、環丙烷(cyc-C3H6)、正丁烷(n-C4H10)、異丁烷(i-C4H10)、正戊烷(n-C5H12)、新戊烷(neo-C5H12)、氯甲烷(CH3Cl)、氯乙烷(C2H5Cl)、三氟甲烷(CHF3)、環氧乙烷(C2H4O)、砷烷(AsH3)、磷烷(PH3)、硼烷(B2H6)、硅烷(SiH4)等;


    2、烯烴類:


    乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丙二烯(C3H4==)、1-丁烯(1-C4H8)、異丁烯(i-C4H8)、反-2-丁烯(t-2-C4H8)、順-2-丁烯(c-2-C4H8)、1.2-丁二烯(1.2-C4H6)、1.3-丁二烯(1.3-C4H6)、氯乙烯(C2H3Cl)等;


    3、炔烴類:


    乙炔(C2H2)、1-丁炔(1-C4H6)、2-丁炔(2-C4H6)、甲基乙炔(C3H4)、乙烯基乙炔(C4H4=≡)等;


    4、其他:


    二甲醚(C2H6O)、甲硫醇(CH4S)、熏蒸劑(C2H4O-CO2)等


    無機高純氣體


    1、空氣(Air)、氫氣(H2)、氧氣(O2)、氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)等;  2、氨氣(NH3)、氯氣(Cl2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二氧化氮(NO2)、氧化亞氮(N2O)、氧硫化碳(COS)、氯化氫(HCl)、溴化氫(HBr)、硫化氫(H2S)等;  3、三氟化硼(BF3)、三氯化硼(BCl3)、四氟化碳(CF4)、四氟化硅(SiF4)、 四氯化硅(SiCl4)、六氟化硫(SF6)等


    石化用特種氣體安全貯運


    1、瓶帽必須配戴好, 避免在汽車急剎車及裝卸過程中撞開瓶閥發生危險, 特別是高純氫等易燃氣的運輸。


    2、 危險品專車運輸,是廠家直接送貨并有合格的押運員, 懂行的搬運工, 輕裝輕卸。


    3、夏季運輸應有遮陽設施, 避免曝曬。


    4、有專用氣體倉庫貯存。氣瓶倉庫應通風干燥、清潔, 避免陽光直射, 氣瓶庫應清楚地標明“氣瓶貯存”字樣, 顯示適當的危險標記(例如易燃、易爆、有毒等) 。


    5、禁止高純氧、空氣和可燃氣體混裝。同時, 嚴禁煙火, 運輸工具上應備有滅火器材。


    6、放置氣瓶時應配戴好瓶帽。立放時要妥善固定, 防止倒瓶碰壞瓶閥。


    7、氣瓶露天使用時應加以防護, 防止生銹和侵蝕, 庫存瓶要定期檢查, 色標、合格證、泄漏等如不清楚、有疑問, 應及時和廠家聯系, 分析確認后才可使用。


    8、有專人負責管理, 驗收核實, 登記發放做到有帳可查。


    9、不管是倉庫還是使用場所, 空瓶與實瓶都應分開放置, 并有明顯標志。毒性氣體氣瓶和瓶內氣體相互接觸能引起燃燒、爆炸, 產生毒物的氣瓶應分室存放, 并在附近設置防毒用具、滅火器材。


    10、另外氣體采購計劃按生產需要的實際情況盡量做到現購現用, 以防止使用過期鋼瓶, 同時可減少很多不安全因素。


    高純氣體


    高純氣體管道選擇:


    高純氣體管道是高純氣體供氣系統的重要組成部分,是將符合要求的高純氣體送至用氣點仍保持質量合格的關鍵 ,包括系統的設計、管件及附件的選擇、施工安裝和試驗測試等內容。半導體技術是 20 世紀以來偉大的也是具有生命活力的技術,半導體制造技術是貫穿高純氣體的提供、原料硅的提煉 、晶圓的制造 、IC 的封裝和測試的整個過程。反映當今世界高科技水平的微電子產品,正以高性能、低成本為目標,高速地向高密度、高集成發展,對氣體雜質含量限制更加嚴格 ,相應 的高純、高潔凈氣體及其管路的輸配系統變得十分需要和更加重要


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