电子厂房高纯气体工艺与施工工程

电子厂房高纯纯气体工艺与与施工工程前言近10年来，随着更更复杂、更密密集的大规模模和超大规模模集成电路的的生产，对高高纯气体洁净净度的要求，，已不亚于对对纯度和干燥燥度的要求，，凡工艺气体体，无一不对对其中的粒子子提出限制。。因此，对于于高纯气体，，纯度、干燥燥度、洁净度度是三项重要要的标度。由由于高纯度气气体的使用地地点、性质、、工况（如温温度、压力等等）都不完全全一致，所以以，如何确定定高纯气体的的“三度”（（纯度、干燥燥度、洁净度度），还没有有一个严格而而明确的概念念。对对于纯度度和干燥度的的控制，我国国CBJ73——84《洁净厂房设计计规范》中指出，“高高纯气体系指指纯度大于或或等于99.9995%，含水量小于于5ppm气体。”日日本把微电子子生产中所采采用的气体，，按其不同的的品位，具体体分为下列几几个不同的档档次：超高纯气体气气体中杂质总总含量控制在在1ppm以下，水份含含量控制在0.2~1ppm。高纯气体气气体体中杂质总含含量控制在5%ppm以下，水份含含量控制在3ppm以内.洁净气体气气体体中杂质总含含量控制在10ppm以下,对水份含量未未作严格规定定。上述规定，都都未涉及洁净净度。我们知知道，集成电电路的生产，，几乎都是在在洁净环境中中进行，是防防止尘埃粒子子污染微电子子产品所必需需的。所以，，对洁净的生生产环境绝不不允许采用不不洁净的气体体来破坏，必必须使气体的的洁净度与洁洁净环境保持持一致，根据据相关资料以以及近些年公公司相关工程程的经验，我我进行了一些些归纳，希望望能够给大家家提供一些参参考。一、高纯/特种气体的概概念半导体集成电电路制造所需需要的高纯气气体主要分为为两大类：普通气体：也也叫大宗气体体，主要有：：H2、N2、O2、Ar、He等。特种气体：主主要指各种掺掺杂用气体、、外延用气体体、离子注入入用气体、刻刻蚀用气体等等。半导体制造用用气体按照使使用时的危险险性分类可燃、助燃、、易燃易爆气气体：H2、CH4、H2S、NH3、SiH4、PH3、B2H6、SiH2CL3、CLF3、SiHCL3等。有毒气体：AsH3、PH3、B2H6等助燃气体：O2、N2O、F2、HF等窒息性气体：：N2、He、CO2、Ar等腐蚀性气体：：HCL、PCL3、POCL3、HF、SiF4、CLF3、等二．特种气体体供应系统特种气体的供供应方式截至至目前为止，，几乎皆用钢钢瓶的方式进进行，一般常常用的为高压压钢瓶，依其其填充的气体体特性有分为为气态和液态态两种，一般般气体依液态态储存于钢瓶瓶内，瓶内压压力较高，所所以最佳方式式是选用吸附附式气态钢瓶瓶，以气体分分子与吸附剂剂间的范德瓦瓦力将气体吸吸附于吸附剂剂孔隙中，其其优点为供气气压力低于一一个大气压，，无任何泄漏漏的危险，且且供气量为普普通高压钢瓶瓶的10倍，低蒸汽压压的气体以液液态储存于钢钢瓶内；针对对易燃易爆，，有毒性腐蚀蚀性的气体，，常将钢瓶至至于特气柜中中，再通过管管路将气体供供应至现场附附近的阀箱，，经过一系列列的控制而后后进入用气点点；一般惰性性气体以开放放式的气瓶架架和阀盘供应应；具体方式式如下：1.现场制气、管管道供气这种供气方式式时将制气设设备建造在用用气量较大或或者用气品种种较多的工厂厂内或按区域域设置供应周周边各单位用用气示意图如下：：1－中压贮气罐罐；2－调压阀组；；3－气体过滤器器；4－液态气体贮贮罐；5－汽化器；6－安全阀；7－自动控制阀阀；8－气体纯化装装置；9－流量计；10－末端气体过过滤器；11－末端气体纯纯化器12－用气点；13－高压气体压压缩机；14－高压气体贮贮罐（P=15~20MPa）a图为采用液态态气体贮存气气体，中压贮贮罐。作为缓缓冲罐的供应应系统。气体体纯化设备设设在工厂内，，实际上在各各用气工厂还还应设置各种种过滤精度的的气体过滤器器、计量仪器器、分析仪器器等，有的工工厂对高纯气气体中杂质含含量控制十分分严格，此时时还需安装末末端提纯设备备。b图为采用高压压（P=15~20MPa）气体贮罐的的供气系统，，常用于氢气气供应系统中中，设高压气气体压缩机从从中压贮气罐罐中吸气经压压缩到15~20MPa送入若干个高高压贮气罐组组储气，根据据供气用气的的平衡，高压压贮气罐放气气经二级调压压阀组减压后后由自动控制制阀送入供气气系统。现场制气、管管道供气图图2．外购气体供供气由集中制气工工厂制取的液液态气体由低低温液态气体体贮罐槽车运运送至用气工工厂，再使用用工厂设置低低温液态气体体贮罐，将液液态气体槽车车中的液态气气体抽送入液液态气体贮罐罐贮存，根据据工厂用气量量，液态气体体由贮罐送出出经汽化器化化为气体后，，经由调压器器组调压并经经气体过滤器器送去使用车车间，若气体体纯度或杂质质含量不能满满足使用要求求，则需要再再在车间内设设置末端提纯纯装置，对气气体进行提纯纯并去除杂质质，同时为满满足不同需求求，还应在工工厂使用车间间末端或在车车间内集中设设置不同过滤滤精度的气体体过滤器，示示意图如下：：1－液态气体贮贮罐；2－汽化器；3－调压装置；；4－气体纯化装装置；5－末端气体纯纯化器；6－气体过滤器器；7－用气点外购气体供气气图：3.外购气体钢瓶瓶供气外购气体钢瓶瓶集中存放在在工厂的气瓶瓶间(库)中，气瓶中高高压气体经气气体总线，减减压阀组汇集集，减压至一一定压力经气气体纯化装置置纯化后供气气。为确保连连续供气，气气体钢瓶一般般分为两组，，交替放气，，根据产品工工艺要求，选选择满足供气气品质的气体体纯化装置或或在用气点处处设置末端气气体纯化装置置。示意图如下：：1－钢瓶及总线线2－减压阀组；；3－调压装置；；4－气体纯化装装置；5－末气体体纯化器器；6－气体过过滤器；；7－用气点点外购气体钢瓶瓶供气图4.将高纯气体钢钢瓶设置在用用气设备附近近直接供气常用于用气量量很少的场所所，《规范》规定，当日用用气量不超过过一瓶（指水水容积不超过过40L的钢瓶）时，，气瓶可设置置在洁净室内内，但必须采采取不积尘和和易于清洁的的措施，若工工艺对高纯气气体要求较为为严格时，比比如气体中总总杂质含量≤≤1.0×10－6时，还需要在在气瓶与用气气设备之间设设置末端气体体提纯装置，，包括高精度度气体过滤器器，以确保供供气质量。三、高纯气体体的配管及材材质1．高纯气体管管路的设计要要点：（1）对于不同特特性的气体，，要规划独立立的供应区域域，一般分为为三个区：腐腐蚀性/毒性气体区、、可燃性气体体区、惰性气气体区，将相相同性质的气气体集中加强强管理，可燃燃性气体区要要特别规划防防爆墙与泄漏漏口，若空间间不足，可考考虑将惰性气气体放置与毒毒性/腐蚀性气体区区。（2）管路设计需需要考虑输送送的距离，距距离越长，成成本越高，风风险也越高，，通常较合理理的设计流速速为20ml/S，可燃性气体体小于10ml/S,毒性/腐蚀性气体小小于8ml/S，在用量设计计方面，则需需要考虑使用用点的压力和和管径大小，，前者与气体体特性有关，，后者使用点点的管径一般般为1/4”～3/8”。（3）根据用气设设备的分布情情况，高纯气气体的管网不不宜过大或者者过长；宜采采用不封闭的的环形管路，，在系统末端端连续不断排排放少量的气气体，以便在在管网中总有有高纯气体流流通，不会发发生“死空间间”引起高纯纯气体的污染染。（4）管路中应减减少不流动气气体的“死空空间”，不应应设有盲管，，在特种气体体的储气瓶与与用气设备之之间应设吹扫扫控制装置、、多阀门控制制装置、用以以控制各个阀阀门的开关顺顺序、系统吹吹除，以确保保供气系统的的安全、可靠靠运行和防止止“死区”形形成而滞留污污染物，降低低气体纯度。。（5）对高纯气气体纯度要要求不同的的用气设备备，宜采用用分等级高高纯气体输输送系统；；也可采用用同等级输输送系统，，但是在纯纯度要求高高的用气设设备邻近处处设末端气气体提纯装装置。（6）为了检测测高纯气体体的纯度和和杂质含量量，输送系系统除了设设置必要的的连续检测测仪器，如如衡量水含含量或者氧氧杂质含量量等分析仪仪外，还应应设置定期期取样用的的检测采样样口，以便便按规定时时间进行采采样，分析析高纯气体体中各种杂杂质的含量量。（7）在亚微米米级的集成成电路生产产中，要求求供应10－9级的高纯气气体，为了了确保末端端用气工艺艺设备处的的气体纯度度，使气体体中的杂质质含量（包包括尘粒））控制在规规定的数值值内，一般般在设备前前设置末端端纯化装置置，或末端端高精度气气体过滤器器2．高纯气体体配管及附附件材质的的选择（1）选择标准准●选用渗透透性小、出出气速率低低、吸附性性差的材料料：目前超大规规模集成电电路前工序序高纯气体体输送系统统管道材料料采用不锈锈钢光亮退退火管（SS304BA、SS316BA）、不锈钢钢电抛光管管（SS316L-EP）等，但是是对要求控控制高纯气气体中总杂杂质含量≤≤1.01.0×10－6及以下的管管材应用SS316L-EP管。，高纯纯气体使用用管材的特特点及要求求如下表所所示：高纯气体使用管材的特点及要求项目SS304BA或SS316BASS316LEP钢材冶炼方法真空氧气脱碳法真空氧气脱碳法或真空电弧熔炼法制作过程冷延→热处理→冷拉→光亮热处理→脱脂→一般水洗→纯水水洗（10000级洁净环境）→纯氮吹扫（1000级洁净环境）→检查→包装（压帽氮封及双层聚乙烯外包装充纯氮保护）冷延→热处理→冷拉→光亮热处理→脱脂→一般水洗→电解抛光→一般水洗→碱中和→一般水洗→硝酸浸渍→水洗→冷纯水水洗（10000级洁净环境）→热纯水水洗（10000级洁净环境）→纯氮吹扫（100/1000级洁净环境）→检查→包装（压帽氮封及双层聚乙烯外包装充纯氮保护）→最终检查内表面粗糙度Rmax3.0～4.5μm<0.7μm表面硬度（HRB）<90<80公差要求项目管外径、管壁厚、管长、管道垂直度管外径、管壁厚、管长、管道垂直度注：①管路路型式以气气体特性设设计，惰性性气体使用用一般的单单层管，作作为制程用用的反应气气体，则选选用高级别别的SS316L-EP管；使用与与芯片接触触但不参与与制程反应应的气体则则选用SS316L-BA管。②对于自燃燃爆炸，有有剧毒的特特种气体，，如SiH4、PH3、AsH3等则考虑使使用双套管管，它的内内/外管材质一一般为SS316L-EP/SS316L-AP，此设计的的主要目的的有两点，，首先可保保护内管直直接受到外外力撞击，，其次能将将由内管渗渗漏的气体体阻绝于外外管，并利利用相关的的检测设备备检测，目目前常用的的设计有正正压和负压压两种方式式，负压设设计是将内内外管间抽抽成真空，，正压设计计则是灌以以氮气维持持正压，两两者皆可接接上压力表表或者压力力警报器检检知泄漏状状态。内表表面面处处理理●通通常常采采用用的的方方法法有有机机械械喷喷砂砂、、化化学学溶溶液液清清洗洗、、化化学学抛抛光光、、电电抛抛光光等等，，目目前前广广泛泛应应用用的的管管材材有有光光亮亮退退火火管管和和电电抛抛光光管管。。阀门门的的选选用用●高高纯纯气气体体对对系系统统所所用用阀阀门门的的严严密密性性有有十十分分严严格格的的要要求求，，目目前前国国内内洁洁净净厂厂房房的的高高纯纯气气体体管管道道的的阀阀门门基基本本都都采采用用SS304或SS316L不锈钢材材质，阀阀门型式式有隔膜膜阀、波波纹管阀阀和球阀阀。波纹纹管阀的的严密性性比球阀阀好，在在气体流流过阀门门时没有有与外环环境接触触的填料料，所以以没有渗渗漏现象象：隔膜膜阀除了了严密性性与波纹纹管阀相相当以外外，还具具有阀体体死体积积小，易易吹除且且污染少少，所以以适用于于对气体体纯度和和生产工工艺要求求极严格格或者危危险性大大的气体体。管道连接接①高纯气气体一般般采用手手工氩弧弧焊接和和自动氩氩弧焊接接，焊接接型式通通常采用用承插焊焊和对焊焊，承插插焊的好好处在于于施焊时时管道的的对中，，方便焊焊接，但但缺点是是由于管管道与承承插口之之间有间间隙，会会存在““死空间间’不易易将杂质质吹除，，影响高高纯气体体质量。。因此对对于要求求极为严严格的高高纯气体体来说，，应采用用对接焊焊连接并并要求内内表面无无焊缝，，即在施施工时不不得使用用不锈钢钢焊丝，，利用母母材的本本身融化化填满焊焊缝。②为确保保输送至至用气设设备的气气体质量量，高纯纯气体管管道与用用气设备备之间应应用不锈锈钢金属属软管连连接，不不宜采用用非金属属软管。。③高纯气气体管道道与阀门门等附件件连接应应采用密密封不易易泄漏的的专用接接头予以以连接，，常用的的接头方方式有两两种：分分别为VCR（VacuumCouplingRetainer）和SWG（Swaglok），VCR采用优良良的金属属垫，利利用纵向向压力压压紧，因因此泄漏漏率极低低，约为为10～9Acc/s，且耐压压较高，，常用于于气体杂杂质含量量1.0××10－9级的高纯纯气输送送系统，，而SWG则不如VCR，耐压较较低，基基本上这这两种接接头方式式的安全全性足可可代替焊焊接的方方式。四．高纯纯气体的的供气安安全1.各种特性性气体的的使用安安全（1）易燃易易爆气体体：此类类气体只只要形成成了可燃燃气体爆爆炸混合合气和达达到着火火温度。。便会发发生燃烧烧爆炸事事故因此此在可燃燃气体入入口处、、气体钢钢瓶存放放间、洁洁净室内内使用可可燃气体体处、敷敷设可燃燃气体的的管廊或或技术夹夹层以及及可能聚聚集可燃燃气体的的场所均均应设置置可燃气气体报警警装置。。具体要要求如下下：①可燃气体体比空气轻轻者，报警警装置设置置在所处场场所的顶部部。②可燃气体体比空气重重者，报警警装置设置置在所处场场所的最低低处。③可燃气体体的报警装装置应与相相应的事故故排风装置置设电气连连锁，当空空气中的可可燃气体浓浓度达到规规定值时，，事故排风风装置自动动开启，同同时向洁净净厂房的消消防安全值值班室发出出报警信号号。④为防止倒倒流回火应应在用气设设备的支管管上设置阻阻火器，在在排入大气气的排气管管道上，为为防止排气气时突遇雷雷电袭击阻阻止火焰蔓蔓延至可燃燃气体管道道引发燃烧烧爆炸事故故，必须在在排气管道道上设置阻阻火器。⑤可燃气体体在适当的的管道处应应做接地，，但接地电电阻应符合合相关规定定。⑥各种可燃燃气体管道道系统均应应设置能引引入氮气等等惰性气体体的接口及及相应的检检测口，以以便在可燃燃气体供应应系统使用用前后或检检修动火前前后对其系系统进行吹吹扫置换，，但是惰性性气体吹扫扫接口在正正常运行中中不能与气气体钢瓶或或惰性气体体管道相通通，以避免免影响气体体质量。（2）助燃气体体对于氧气或或氟系助燃燃气体，只只要与油脂脂类物品接接触，就会会氧化发热热，以致燃燃烧爆炸，，所以凡是是氧气管道道、阀门或或设备、附附件等均应应禁油，氧氧气管道系系统应采用用专门的禁禁油阀门、、附件和管管材，并在在氧气输送送系统安装装后均应按按规定进行行脱脂处理理。为防止止由于静电电产生火花花引起燃烧烧爆炸，氧氧气管道应应采取以下下措施：①氧气管道道内氧气流流速限制：：当氧气工工作压力≥≥10MPa时，氧气流流速不应大大于6m/s；当工作压压力为0.1～3MPa时，不应大大于15m/s；当工作压压力≤0.1MPa时，应按其其管道允许许压力降确确定。②氧气管道道的弯头、、三通等接接头的材质质选择、安安装均应按按规定进行行③氧气管道道应采取导导除静电接接地措施。。（3）窒息性气气体：此类气体无无色、无臭臭、低毒性性，但是大大量窒息性性气体的泄泄漏或排入入大气中会会使空气中中氧的浓度度降低，当当空气中的的氧浓度低低于18％时，人会会感觉到头头晕恶心，，甚至会造造成窒息死死亡。所以以一定要严严防气体的的泄漏。在在使用场所所设置必要要的换气，，及时将窒窒息性气体体排至室外外。（4）有毒气体体：在使用、贮贮存有毒气气体的场所所应设有可可靠的通风风装置。和和毒气泄漏漏报警装置置一旦空气气中有毒气气体达到规规定值时，，应进行报报警，同时时自动开启启自动排气气装置，有有毒气体在在排入大气气前必须经经过可靠的的处理，达达到规定的的无害状态态后方可排排放。（5）腐蚀性气气体：此类气体一一遇水就会会显示强腐腐蚀性，因因此在腐蚀蚀性气体系系统使用前前应以干燥燥氮气等对对系统设备备、管道进进行吹扫、、干燥，尤尤其时高压压储气瓶的的灌装口，，因环境空空气中的水水分易引起起腐蚀必须须装设气瓶瓶帽，并在在装气瓶帽帽时使用氮氮气对灌装装口进行充充分的干燥燥。2．高高压压储储气气瓶瓶的的使使用用安安全全对于于易易燃燃易易爆爆气气体体、、毒毒性性气气体体、、腐腐蚀蚀性性气气体体等等高高压压储储气气瓶瓶的的运运输输、、贮贮存存、、和和使使用用，，必必须须制制定定严严格格的的管管理理制制度度，，操操作作人人员员上上岗岗应应经经过过严严格格的的培培训训，，了了解解、、熟熟悉悉相相关关气气体体的的特特性性和和安安全全知知识识方方可可上上岗岗。。LOREMIPSUMDOLOR（1）搬运：高压压储气瓶在搬