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)，廣泛應用于集成電路器件生產、太陽能光伏電池生產PDF顯示器面板生產等微電子領域,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稱“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,線寬尺寸從微米級進人到亞微米(小于1um)級以及深亞微米(小于0.18um)級,這樣,對半導體制造工藝中的超凈氣體的品質要求越來越高,對這些氣體中微粒、雜質及露點控制要求極為嚴格,已達到ppb、ppt級,塵埃粒徑要求控制小于0.1um的微粒,因此對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。工藝氣體中的雜質對半導體制造的整個過程都有影響。如高溫處理中,重金屬微粒向硅的內部侵人擴散,誘發(fā)結晶缺陷,是導致半導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,將導致接觸部分和周圍的腐蝕加工精度降低。

    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，潔凈度管理的要點是控制微粒污染,這已經成為超凈氣體輸送管路的一項關鍵內容。微粒污染源來自兩個方面: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壁產生的微粒。本篇從氣體管路系統(tǒng)配置、管路系統(tǒng)材料選擇、配管技術等方面,結合工程實踐,提出一些防止管路系統(tǒng)對超凈氣體的微粒污染措施,供同行關注與參考。

    二、系統(tǒng)配置；

    除特氣外的超凈氣體管道，在配管系統(tǒng)上應分段配置氣體過濾器以去除微粒子，通常應采用兩級以上的氣體過濾器，在潔凈廠房內通常設置預過濾器和高精度末端氣體過濾器，預過濾器設在潔凈廠房氣體房間的干管上，對進行預過濾．以減輕末端氣體過濾器的負荷，并延長其使用壽命．高精度終端氣體過濾器應設在用氣點處，在管路系統(tǒng)設計中，應該充分考慮系統(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，以便干運行前的吹掃、氣體置換和維護管理，系統(tǒng)中應盡量減少滯留氣體的空間．不應出現(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（氣柜內）和終端設置《用氣點）設置氣體過濾器．

    三、配管材料選擇

    1．主材選擇：

    對超高純氣體管道．應采用內壁電解拋光的超低碳不銹鋼管(SUS3I6LEP)，表面粗糙度Ra10uin。對于制作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粗糙．易于吸附釋放出微粒。應采用更先進的雙真空熔化不銹鋼，雙真空熔化316L不銹鋼中不純雜質進一步減少，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成分是經嚴格控制的，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顆粒物吸附或釋放的影響是最主要的，在BA管內壁．粘附在管道內表面的顆粒物無法吹掃掉，因為在顆粒躲藏的區(qū)域（管道內表面凹陷處）幾乎沒有流體通過，當彎管時，成百上千的顆粒物會被檢測到。

    管道附件特殊要求是無泄漏，無雜質，無氣體釋放、無死區(qū)和無聚合物。閥門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，應優(yōu)先選用，閥座的密封面往往是引起內部泄漏的主要原因，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被滲透，并且閥門的頻繁動作會不可避免地使密封面產生微小粒子。高純氣體的外部泄漏必須減小到至少低于泄露檢測的極限，只有采取金屬一金屬面密封能達到，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，其余采用全自動脈沖氬弧焊軌道焊機進行焊接連接。全自動脈沖氬弧焊軌道焊機焊接，不添加焊絲，可以確保焊接質量，焊縫成型均勻美觀，能最大限度地降低焊縫對氣體微粒的影響，同時也減少了由于焊接工人的水平不同而導致焊接質量的差異。

    四、施工方法：

    在管道安裝前，應繪制管道軸側圖，標明管道的長度和焊口的詳細位置。繪圖時應多考慮焊接的操作空間，并盡量著氣流的方向進行安裝。為了防止微粒污染，管道的所有預組裝加工應在臨時凈化間內進行。管子在切割過程中應防止變形或劃出痕跡，在切割的過程中用高純氬氣進行吹掃以避免污染。切割完后，用專用刮削工具將端口刮削至平整，光滑，如端面不平，用專用工具將未端平整。焊接接口的好壞將直接影響到焊縫的質量，從而影響整個配管安全。為了確保焊縫質量，正式施焊前以及焊接過程中任何一參數(shù)（位置、氣流、管徑等〕發(fā)生變化，都必須做焊接試驗《即樣品），樣品的焊接記錄也應登記在每天的日常焊接記錄上面，經檢驗合格后方可正式施焊，焊縫成型必項均勻、美觀．不允許有未焊透、未熔合、焊面內凹、氣孔、錯邊等缺陷。預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，以減少大氣對管道的污染。

    在現(xiàn)場施工時，周圍的環(huán)境會對潔凈管道有污染的危險性，因此應盡可能地在臨時凈化間內施焊，減少現(xiàn)場焊接點的數(shù)量。在全自動脈沖氬弧焊焊接過程中，如果管內殘留有氧氣或水分，則在焊接部位會形成氧化膜，變成微粒發(fā)生源，所以，在焊接過程中及焊接前后，用高純氮氣充分置換管內的氧氣或水分是非常重要的。焊接保護氣體經過0.05um過濾器過濾。現(xiàn)場每完成好一部分管道，兩端閥門必須關緊（如沒有閥門，管內就應一直充著氬氣保護）在管道施工過程中難免會有微粒進人管道系統(tǒng)內，管路系統(tǒng)的吹掃是一個必不可少的過程；高純氣體管道用高純氮氣進行吹掃，先吹主干管，其次吹支干管．最后吹掃各支管。吹掃時間根據(jù)氣體品質不同要求確定，直到測試純度合格為止。非氮氣管道，用氮氣吹掃合格后進行置換，然后再次吹掃，直至置換后的氣體達到純度要求為止。根據(jù)氣體工藝要求應做各種測試，包括管道系統(tǒng)總體對外泄漏試驗、總體對內泄漏試驗、顆粒物、露點、含氧量測試氦檢泄漏試驗等。管道經測試合格后管內通入高純氮氣進行保護。

    對于高純氣體輸送系統(tǒng)的潔凈度控制，貫穿于系統(tǒng)設計、施工、驗收、使用各階段，在設計階段需作周密考慮，從系統(tǒng)配置上保證減少污染。在施工階段，從施工開始時即必須對微粒進行嚴密管理，在整個施工過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，滿足高純氣體對管路輸送系統(tǒng)的要求。