特種氣體輸送管道系統(tǒng)的施工管理

一、前言

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(yáng)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(jiǎn)稱(chēng)“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(jí)進(jìn)人到亞微米(小于1um)級(jí)以及深亞微米(小于0.18um)級(jí),這樣,對(duì)半導(dǎo)體制造工藝中的超凈氣體的品質(zhì)要求越來(lái)越高,對(duì)這些氣體中微粒、雜質(zhì)及露點(diǎn)控制要求極為嚴(yán)格,已達(dá)到ppb、ppt級(jí),塵埃粒徑要求控制小于0.1um的微粒,因此對(duì)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(duì)半導(dǎo)體制造的整個(gè)過(guò)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(kuò)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?chē)母g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(guò)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(jià)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(duì)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(diǎn)是控制微粒污染,這已經(jīng)成為超凈氣體輸送管路的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。微粒污染源來(lái)自兩個(gè)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(shí)踐,提出一些防止管路系統(tǒng)對(duì)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(guò)濾器以去除微粒子，通常應(yīng)采用兩級(jí)以上的氣體過(guò)濾器，在潔凈廠房?jī)?nèi)通常設(shè)置預(yù)過(guò)濾器和高精度末端氣體過(guò)濾器，預(yù)過(guò)濾器設(shè)在潔凈廠房氣體房間的干管上，對(duì)進(jìn)行預(yù)過(guò)濾．以減輕末端氣體過(guò)濾器的負(fù)荷，并延長(zhǎng)其使用壽命．高精度終端氣體過(guò)濾器應(yīng)設(shè)在用氣點(diǎn)處，在管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行前的吹掃、氣體置換和維護(hù)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(diǎn)（氣柜內(nèi)）和終端設(shè)置《用氣點(diǎn)）設(shè)置氣體過(guò)濾器．

三、配管材料選擇

1．主材選擇：

對(duì)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(duì)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(duì)粗糙．易于吸附釋放出微粒。應(yīng)采用更先進(jìn)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(jìn)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(duì)顆粒物吸附或釋放的影響是最主要的，在BA管內(nèi)壁．粘附在管道內(nèi)表面的顆粒物無(wú)法吹掃掉，因?yàn)樵陬w粒躲藏的區(qū)域（管道內(nèi)表面凹陷處）幾乎沒(méi)有流體通過(guò)，當(dāng)彎管時(shí)，成百上千的顆粒物會(huì)被檢測(cè)到。

管道附件特殊要求是無(wú)泄漏，無(wú)雜質(zhì)，無(wú)氣體釋放、無(wú)死區(qū)和無(wú)聚合物。閥門(mén)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(huì)被滲透，并且閥門(mén)的頻繁動(dòng)作會(huì)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(cè)的極限，只有采取金屬一金屬面密封能達(dá)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(dòng)脈沖氬弧焊軌道焊機(jī)進(jìn)行焊接連接。全自動(dòng)脈沖氬弧焊軌道焊機(jī)焊接，不添加焊絲，可以確保焊接質(zhì)量，焊縫成型均勻美觀，能最大限度地降低焊縫對(duì)氣體微粒的影響，同時(shí)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(zhǎng)度和焊口的詳細(xì)位置。繪圖時(shí)應(yīng)多考慮焊接的操作空間，并盡量著氣流的方向進(jìn)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(shí)凈化間內(nèi)進(jìn)行。管子在切割過(guò)程中應(yīng)防止變形或劃出痕跡，在切割的過(guò)程中用高純氬氣進(jìn)行吹掃以避免污染。切割完后，用專(zhuān)用刮削工具將端口刮削至平整，光滑，如端面不平，用專(zhuān)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(gè)配管安全。為了確保焊縫質(zhì)量，正式施焊前以及焊接過(guò)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(yàn)《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(yàn)合格后方可正式施焊，焊縫成型必項(xiàng)均勻、美觀．不允許有未焊透、未熔合、焊面內(nèi)凹、氣孔、錯(cuò)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(duì)管道的污染。

在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，周?chē)沫h(huán)境會(huì)對(duì)潔凈管道有污染的危險(xiǎn)性，因此應(yīng)盡可能地在臨時(shí)凈化間內(nèi)施焊，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接點(diǎn)的數(shù)量。在全自動(dòng)脈沖氬弧焊焊接過(guò)程中，如果管內(nèi)殘留有氧氣或水分，則在焊接部位會(huì)形成氧化膜，變成微粒發(fā)生源，所以，在焊接過(guò)程中及焊接前后，用高純氮?dú)獬浞种脫Q管內(nèi)的氧氣或水分是非常重要的。焊接保護(hù)氣體經(jīng)過(guò)0.05um過(guò)濾器過(guò)濾?，F(xiàn)場(chǎng)每完成好一部分管道，兩端閥門(mén)必須關(guān)緊（如沒(méi)有閥門(mén)，管內(nèi)就應(yīng)一直充著氬氣保護(hù)）在管道施工過(guò)程中難免會(huì)有微粒進(jìn)人管道系統(tǒng)內(nèi)，管路系統(tǒng)的吹掃是一個(gè)必不可少的過(guò)程；高純氣體管道用高純氮?dú)膺M(jìn)行吹掃，先吹主干管，其次吹支干管．最后吹掃各支管。吹掃時(shí)間根據(jù)氣體品質(zhì)不同要求確定，直到測(cè)試純度合格為止。非氮?dú)夤艿?，用氮?dú)獯祾吆细窈筮M(jìn)行置換，然后再次吹掃，直至置換后的氣體達(dá)到純度要求為止。根據(jù)氣體工藝要求應(yīng)做各種測(cè)試，包括管道系統(tǒng)總體對(duì)外泄漏試驗(yàn)、總體對(duì)內(nèi)泄漏試驗(yàn)、顆粒物、露點(diǎn)、含氧量測(cè)試氦檢泄漏試驗(yàn)等。管道經(jīng)測(cè)試合格后管內(nèi)通入高純氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。

對(duì)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(jì)、施工、驗(yàn)收、使用各階段，在設(shè)計(jì)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(kāi)始時(shí)即必須對(duì)微粒進(jìn)行嚴(yán)密管理，在整個(gè)施工過(guò)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最小限度，滿足高純氣體對(duì)管路輸送系統(tǒng)的要求。

以上就是沃飛科技對(duì)于特種氣體輸送管道系統(tǒng)的施工管理的一些介紹， 提出一些防止不銹鋼管路系統(tǒng)對(duì)超凈氣體的微粒污染措施,供同行關(guān)注與參考。