特种气体管道的设计与施工

1、特种=体管道的设计与施工特种气体系统的设计与施工(单位：中国电子系统工程第二建设有限公司地址：江苏省无锡市钱荣路160#邮编： 214151)前言：一个工艺技术先进的大规模集成电路工厂的硅片制造过程中，全部工艺大约要使用50种不同的电子气体。其中大部分为特种气体。本文就特种气体系统的设计与施工 方面做一个简单描述。关键词：特种气体气瓶柜316L EP特气输送系统是指：将特种气体从气源端、根据丄艺设备的工艺需求、通过对流量和压力等参数的控制，通过管道、无二次污染、稳定的输送到工艺设备的用气点。其基本流程 是：气源控制柜管道传输用气点特种气体根据气体性质不同一般分为：惰性气体、易燃易爆气体、有毒气

2、体和腐蚀性气体；根据供应包装的不同分为：特种气体和大宗特种气体。三：供气系统的选择1. 简单供气系统简单供气系统主要针对4英寸及以下半导体芯片厂、半导体材料的科研机构以及一些单 台的工艺设备等。它们的制程简单，通常不需要连续性供气，对气体供应系统的投资预算 低。由于气体流量小，不经常使用，特种气体气源多采用普通钢瓶(<50L) o输送系统多釆 用半自动气瓶柜或气瓶架加简单的控制面板；配置继电器控制，自动切换，手动吹扫，手 动放空，有害性气体配备紧急切断阀。惰性气体瓶架则釆用全手动系统，有些其至用单瓶 系统。所有气体共用一个气体房，甚至没有气体房，特气钢瓶和输送系统有时放在回风夹 道，或直

3、接放在工艺制造设备旁边或隔壁。如果没有特别危险气体一般共用一个抽风系统。 简单供气系统通常存在安全隐患。2. 常规供气系统常规供气系统主要应用于4-6英寸 大规模集成电路厂，50MW以下的太阳能电池生产线, 发光二极管的芯片工序线以及其它用气量中等规模的电子行业。对气体纯度控制的要求不 苛刻，系统配备在满足安全的前提下尽量简单，节省投资。特种气体采用普通钢瓶（50L）供气。特气输送系统采用气瓶柜。配置全自动PLC控制 器，彩色触摸屏；气体面板采用气动阀门和压力传感器，可实现自动切换，自动氮气吹扫, 自动真空辅助放空；多重安全防护措施，泄漏侦测，远程紧急切断；专用氮气吹扫起源等 等。VMB采用支

4、路气动阀，氮气吹扫，真空辅助排空。惰性气体多采用半自动气瓶架， 继电器控制，自动切换，手动吹扫，手动放空；VMB主管气动阀，氮气吹扫；支路气动 阀，氮气吹扫，真空辅助排空。气体房和抽风系统根据气体性质进行分类。3. 大宗特气供气系统大规模供气系统主要针对大规模量产的8-12英寸（1英寸=25.4毫米）超大规模集成电 路厂（气体种类包括SiH4、N20、2、C2F6、NH3等），100MW以上的太阳能电池生产线（气体种类包括NH3）,发光二极管的磊晶工序线（气体种类包括 NH3）、5代以上液晶显示器工厂（气体种类包括SIH4、CL2、NH3、NF3）等、光纤（气体种类包括SiC14）、硅材料外延

5、生产线（气体种类包括HCL）等行业。它们的投资规模巨大，采用最先进的工艺制程设备，用气需求量大，对稳定和不间断 供应、纯度控制和安全生产提出最严格的要求。这些工厂的特种气体的供给，除了普通钢瓶（50L及以下）包装的特种气体外，还有多种 类的特种气体都普遍采用大包装容器，由此它们被称为大宗特气，包括Y-钢瓶（450L）, T-钢瓶（980L）,集装格（940L） , ISO 罐（22,500L）,鱼雷车（13,400L）等。大宗特气供应系统（BSGS）采用全自动PLC控制器，彩色触摸屏；气体面板釆用气动阀 门和压力传感器，可实现自动切换，自动氮气吹扫，自动真空辅助放空；多重安全防护措 施，泄漏侦

6、测，远程紧急切断：专用氮气吹扫起源等等。特种气体采用独立气源，多用点 采用VMB或VMP分路供应，VMB或VMP釆用支路气动阀，氮气吹扫，真空辅助排空 等。由于BSGS气源总量大，多釆用独立的气体房，独立的抽风系统四：气体房的选择和设计除了简单的供气系统以外，特气房一般都独立于主场房而单独建设，其规划时需考虑建筑 物的防火、泄爆、防火防爆间距、危险物的总量控制等。常规供气系统一般也采用多种气 瓶柜共设在一个气体室；而对于大宗特气，会根据气体特性和相容性将气体房分成可燃气 体房、腐蚀性气体房、惰性气体房、硅烷气体房、毒性气体房等。气体房必须有良好的通 风，气体房的选择和设计一般由设计院完成。五：

7、管道系统的设计1材料的选择特气管路系统普遍采用316L不锈钢电解抛光(EP)管道，阀门一般采用高纯调压阀、隔 膜阀、高精密过滤器、(<0.003微米)、VCR接头等。接触气体的管路部件表面粗糙度 可控制在5uin。对于某些高腐蚀性的气体如CL2等，釆用经过特殊处理的耐腐蚀强的EP 管。2. 主管路系统的设计在确定好气体房和用气点以后,主管路系统一般遵循管道线路最短，拐弯最少，布置紧凑合理， 给人简单美观的感觉。输送系统的数量和管径的大小一般根据机台用气点的多少和流量大 小确定，基本都采用小管径输送(1/4-3/4)而且多设计了备用系统。由于气体本身的危 险性，许多地方采用把管道铺设在电缆

8、桥架里，对于穿墙或穿过夹道的地方，周围有危险 源和经常有危险作业的地方，露天的地方管道一般布置在全封闭的桥架里。对于低蒸汽压 气体(WF6, DCS, BC13, C5F8, C1F3等),需要考虑钢瓶加热，气体面板加热，管道伴热等。为了精确控制流量，在气源端一般会考虑配置高精度的压力变送器、电子秤、 温控器等。在机台用气点也都配置了质量流量计，压力调节阀。对于剧毒、高反应性和自 燃气体，应使用双套管输送。同时管道的设讣要采用零死区设讣，即整个管道系统从气柜 到VMB、从VMB到用气点，要点对点，中间不允许有在气体置换时有残留空气的死角。 因此，整个管路系统中IIIVMB完成气体的分配，中间没

9、有三通。最后管道还要有良好的 接地。3辅助系统的设计气体柜或控制面板在安装和运输的过程中曲于搬运和震动，阀门、接头、过滤器等的更换、 或其他原因、需要对其重新进行高压气密性试验和氮检，气体的置换也需要用到高压氮气 或氨气，所以特气柜需设计接入高压惰性气体氨气或氮气。一般选择在特气房设置一台或 多台惰性气体柜。其连接形式为：特气柜中装有各种气体驱动阀，主管路在送气前必须进行管道的吹扫和空气的置换，所以 还需辅助有高纯氮气和洁净压缩空气系统。氮气系统采用SUS316L-EP管，CDA可采用 SUS316L-BA管，其管径根据气柜的多少来计算决定。气体房和气柜还须有自动喷淋系统，但有的气体如三氟化氯

10、，硅烷遇水反应，这时就还需 要考虑采用二氧化碳灭火系统。排风系统和放空系统也是特气系统的重要组成部分。其排风系统也根据危险品性质分成普 通排风系统（GEX）、酸性排风系统（SEX）、洛剂排风系统（VEX）、氨气排风系统（AEX） o普通排风系统釆用镀锌铁皮风管，酸性排风一般采用玻璃钢风管，溶剂和氨气 排风一般采用不锈钢风管。气柜的排风也是根据其性质接入上面不同的排风系统。气体的 放空是指特气管道和气柜中的特气经氮气稀释后山放空管道排放到大气或排风系统中，有 的剧毒性或高危害性的气体建议排放到尾气处理器中经处理后排放至相应的排风系统中。 放空系统一般采用SUS304不锈钢管道，一直延伸到屋顶，高

11、出屋面两米左右，并设防雨 罩。六:GMS和GDS系统气体监控系统（GMS）通过计算机网络，实现对气体输送系统的实时监控，以确保系统的 稳定性。气体侦测系统（GDS）是全厂生命安全系统（LSS）的重要组成部分。对于侦测器的要求, 除了精度高，反应迅速外，还应具备自检功能。对于这两个系统在这里只能做一个概念性的介绍。最后、充分了解气体特性、从而合理配置系统，合理选择管径和材料，是我们设汁的重点, 这样可显著降低整个系统的成本。七：特种气体管道的施工特种气体管道的施匸采用全自动轨道焊接，同时制定和实施严格的超高纯施丄和QA/QC 保证程序，对施工的质量和程序进行严格的监控和管理。最后整个系统还要进行

12、氨检漏、 水分、氧分和颗粒度检测、以及其他要求做的气相杂质的测试。其现场基本的施工程序为: 施工图纸会审预制间的搭设施工人员的培训系统检测系统验收1.预制间的选择特种气体管道的施匸对环境的要求比较高，管道施工采用大批量预制然后现场安装的方 法。按照标准，预制作业需要在洁净度达到口级的净化间进行，作业人员也按照口级净化 间的管理着装。因此对于大宗特气项日，一般都建有一个标准的预制间，其基本结构为：管道切割间 换鞋处管道预制间材料搬入口 但我们在实际的施匸中，大宗特气项U很少，一般都是简单系统和常规系统，为了节约成本和 资金,在要求不是很高的情况下、一般釆用在施工现场找一块相对洁净的房间采取一定的

13、 防尘措施就地施工，除作业人员和检察人员外，应禁止无关人员出入。如果业主要求比较严 格，也采用彩钢板搭设一个简单的预制件，房间内铺上地板革，在屋中用洁净塑料布封出 一块装上两台层流罩，做一个简单的净化空间，进行管道的预制工作。2.主要的施工机具特种气体管道的主要施工机具有:全自动轨道焊机（D100、MIOO等）管道切割机（GF锯）、 管子割刀、平口机、弯管器、倒角器、管口毛刺修理刮刀、有的需要配置电源稳压器、 特种气体系统的设计与施工（单位：中国电子系统工程第二建设有限公司地址：江苏省无锡市钱荣路160#邮编： 214151）前言：一个工艺技术先进的大规模集成电路工厂的硅片制造过程中，全部工艺

14、大约要使用50种不同的电子气体。其中大部分为特种气体。本文就特种气体系统的设计与施工 方面做一个简单描述。关键词：特种气体气瓶柜316L EP特气输送系统是指：将特种气体从气源端、根据丄艺设备的工艺需求、通过对流量和压力等参数的控制，通过管道、无二次污染、稳定的输送到工艺设备的用气点。其基本流程 是：气源控制柜管道传输用气点特种气体根据气体性质不同一般分为：惰性气体、易燃易爆气体、有毒气体和腐蚀性气体；根据供应包装的不同分为：特种气体和大宗特种气体。三：供气系统的选择1. 简单供气系统简单供气系统主要针对4英寸及以下半导体芯片厂、半导体材料的科研机构以及一些单 台的工艺设备等。它们的制程简单，

15、通常不需要连续性供气，对气体供应系统的投资预算 低。山于气体流量小，不经常使用，特种气体气源多采用普通钢瓶（50L）。输送系统多采 用半自动气瓶柜或气瓶架加简单的控制面板；配置继电器控制，自动切换，手动吹扫，手 动放空，有害性气体配备紧急切断阀。惰性气体瓶架则采用全手动系统，有些其至用单瓶 系统。所有气体共用一个气体房，甚至没有气体房，特气钢瓶和输送系统有时放在回风夹 道，或直接放在工艺制造设备旁边或隔壁。如果没有特别危险气体一般共用一个抽风系统。 简单供气系统通常存在安全隐患。2. 常规供气系统常规供气系统主要应用于4-6英寸 大规模集成电路厂，50MW以下的太阳能电池生产线, 发光二极管的

16、芯片工序线以及其它用气量中等规模的电子行业。对气体纯度控制的要求不 苛刻，系统配备在满足安全的前提下尽量简单，节省投资。特种气体采用普通钢瓶（50L）供气。特气输送系统釆用气瓶柜。配置全自动PLC控制 器，彩色触摸屏；气体面板采用气动阀门和压力传感器，可实现自动切换，自动氮气吹扫, 自动真空辅助放空；多重安全防护措施，泄漏侦测，远程紧急切断；专用氮气吹扫起源等 等。VMB采用支路气动阀，氮气吹扫，真空辅助排空。惰性气体多采用半自动气瓶架， 继电器控制，自动切换，手动吹扫，手动放空；VMB主管气动阀，氮气吹扫；支路气动 阀，氮气吹扫，真空辅助排空。气体房和抽风系统根据气体性质进行分类。3. 大宗

17、特气供气系统大规模供气系统主要针对大规模量产的8-12英寸（1英寸=25.4毫米）超大规模集成电 路厂（气体种类包括SiH4、N20、2、C2F6、NH3等），100MW以上的太阳能电池生产线（气体种类包括NH3）,发光二极管的磊晶工序线（气体种类包括 NH3）、5代以上液晶显示器工厂（气体种类包括SIH4、CL2、NH3、NF3）等、光纤（气体种类包括S1C14）、硅材料外延生产线（气体种类包括HCL）等行业。它们的投资规模巨大，采用最先进的工艺制程设备，用气需求量大，对稳定和不间断 供应、纯度控制和安全生产提出最严格的要求。这些工厂的特种气体的供给，除了普通钢瓶（50L及以下）包装的特种气

18、体外，还有多种 类的特种气体都普遍采用大包装容器，由此它们被称为大宗特气，包括Y-钢瓶（450L）,T-钢瓶（980L）,集装格（940L） , ISO 罐（22,500L）,鱼雷车（13,400L）等。大宗特气供应系统（BSGS）采用全自动PLC控制器，彩色触摸屏；气体面板采用气动阀 门和压力传感器，可实现自动切换，自动氮气吹扫，自动真空辅助放空；多重安全防护措 施，泄漏侦测，远程紧急切断；专用氮气吹扫起源等等。特种气体采用独立气源，多用点 采用VMB或VMP分路供应，VMB或VMP采用支路气动阀，氮气吹扫，真空辅助排空 等。由于BSGS气源总量大，多釆用独立的气体房，独立的抽风系统四：气体

19、房的选择和设讣 除了简单的供气系统以外，特气房一般都独立于主场房而单独建设，其规划时需考虑建筑 物的防火、泄爆、防火防爆间距、危险物的总量控制等。常规供气系统一般也采用多种气 瓶柜共设在一个气体室；而对于大宗特气，会根据气体特性和相容性将气体房分成可燃气 体房、腐蚀性气体房、惰性气体房、硅烷气体房、毒性气体房等。气体房必须有良好的通 风，气体房的选择和设计一般由设计院完成。五：管道系统的设计1. 材料的选择特气管路系统普遍采用316L不锈钢电解抛光(EP)管道，阀门一般采用高纯调压阀、隔 膜阀、高精密过滤器、(V0.003微米)、VCR接头等。接触气体的管路部件表面粗糙度 可控制在5uin。对

20、于某些高腐蚀性的气体如CL2等，采用经过特殊处理的耐腐蚀强的EP 管。2. 主管路系统的设讣在确定好气体房和用气点以后,主管路系统一般遵循管道线路最短，拐弯最少，布置紧凑合理， 给人简单美观的感觉。输送系统的数量和管径的大小一般根据机台用气点的多少和流量大 小确定，基本都采用小管径输送(1/4-3/4)而且多设计了备用系统。由于气体本身的危 险性，许多地方采用把管道铺设在电缆桥架里，对于穿墙或穿过夹道的地方，周用有危险 源和经常有危险作业的地方，露天的地方管道一般布置在全封闭的桥架里。对于低蒸汽压 气体(WF6, DCS, BC13, C5F8, C1F3等),需要考虑钢瓶加热，气体面板加热，

21、管道伴热等。为了精确控制流量，在气源端一般会考虑配置高精度的压力变送器、电子秤、 温控器等。在机台用气点也都配置了质量流量计，压力调节阀。对于剧毒、高反应性和自 燃气体，应使用双套管输送。同时管道的设计要采用零死区设计，即整个管道系统从气柜 到VMB、从VMB到用气点，要点对点，中间不允许有在气体置换时有残留空气的死角。 因此，整个管路系统中III VMB完成气体的分配，中间没有三通。最后管道还要有良好的 接地。3辅助系统的设讣气体柜或控制面板在安装和运输的过程中山于搬运和震动，阀门、接头、过滤器等的更换、 或其他原因、需要对其重新进行高压气密性试验和氮检，气体的置换也需要用到高压氮气 或氮气

22、，所以特气柜需设计接入高压惰性气体氨气或氮气。一般选择在特气房设置一台或 多台惰性气体柜。其连接形式为：特气柜中装有各种气体驱动阀，主管路在送气前必须进行管道的吹扫和空气的置换，所以 还需辅助有高纯氮气和洁净压缩空气系统。氮气系统采用SUS316L-EP管，CDA可采用 SUS316L-BA管，其管径根据气柜的多少来计算决定。气体房和气柜还须有自动喷淋系统，但有的气体如三氟化氯，硅烷遇水反应，这时就还需 要考虑采用二氧化碳灭火系统。排风系统和放空系统也是特气系统的重要组成部分。其排风系统也根据危险品性质分成普 通排风系统（GEX）、酸性排风系统（SEX）、洛剂排风系统（VEX）、氨气排风系统（AEX） o普通排风系统釆用镀锌铁皮风管，酸性排风一般采用玻璃钢风管，溶剂和氨气 排风一般采用不锈钢风管。气柜的排风也是根据其性质接入上面不同的排风系统。气体的 放空是指特气管道和气柜中的特气经氮气稀释后山放空管道排放到大气或排风系统中，有 的剧毒性或高危害性的气体建议排放到尾气处理器中经处理后排放至相应的排风系统中。 放空系统一般采用SUS304不锈钢管道，一直延伸到屋顶，高出屋面两米左右，并设防雨 罩。六:GMS和GDS系统气体监控系统（GMS）通过计算机