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沃飞科技简介

深圳沃飞科技(www.szwofei.com)成立于2011年,专注于高纯气体管道系统实验室气路系统工业气体管路系统特气二次配管系统气体侦测报警系统,是目前最全面的气体应用系统整体解决方案提供商


由于微粒污染对高纯气体的重要影响, 本文从系统设计、材料选择、配管技术等方面介绍了控制微粒污染的方法


随着微电子工业的发展,超大规模集成电路制造的硅片尺寸越做越大,要求半导体制造工艺中的气体品质相应越来越高,对气体中杂质和露点要求极为严格,需要达到ppb、ppt级,尘埃粒径求控制小于0.1~0.05m的微粒,因此对高纯气体的输送管路系统提出了非常高的要求 。


工艺气体中的杂质( 02、H202、 C02、 C0,等),由于在半导体制造工艺中形成氧化膜而导致质量下降。而气体中含有的微粒,几乎在半导体制造的整个过程中都有影响。在热处理工序中,碱金属微粒使氧化膜和硅的界面特性产生异常,引起耐压性差或电气特性劣化 。


另外,在高温处理中,重金属微粒向硅的内部侵入扩散,诱发结晶缺陷,是导致半导体器件特性裂化的原因。另外,在腐蚀工序中,微粒附着在硅片上,是导致接触部分和周围的腐蚀加工精度降低 的原因。因此高纯气体中含尘量比其纯度在一定意义上显得更为重要,控制微粒污染成为高纯气体输送管路的一个核心 内容。微粒污染源来自两个方面:一 是粘附在管壁上的微粒 ,二是因磨损或腐蚀 等原因管壁产生的微粒。


2系统设计  
在配管系统上应分段设置过滤器来去除微粒,通常应采用两级以上的气体过滤。在洁净厂房内一般设置预过滤器和高精度末端气体过滤器,预过滤器是设在洁净厂房的气体入口室的气体干管上,对气体进行预过滤,以减轻末端气体过滤器的负担,并延长其使用寿命,高精度末端气体过滤器应设在邻近用气点处。


在系统设计中,应充分考虑系统末端的放散管,各主管和支干管末端的吹扫阀及必要的取样口,为运行前的吹扫、置换和维修带来方便,系统中应减少不流动气体的“死空间”,不应出现“盲管”等不易吹除的死角,以避免微粒的积聚。


3配管材料选择  
3.1主材选择

对于超高纯气体管道,采用内壁电抛光的超低碳不锈钢管(SUS316LEP)管,表面粗糙度Ra≤101n。对于制作EP管的母材普通的单真空熔化不锈钢是不能满足高纯气体的要求的,因单真空熔化不锈钢制作的附件和管道表面粗糙,从而吸附释放出微粒。应采用更先进的材料(如双真空熔化不锈钢),双真空熔化316L不锈钢中非金属和不纯杂质减少了,从而使成品中的凹坑数量和被吸附的气体减少了。


另外,双真空熔化不锈钢的化学成分是经严格控制的,因此减少了污染的潜在性和提高附件的可焊接性。管道的表面粗糙度对颗粒吸附或释放的影响是最主要的,在图1中,Rmax为3mBA管,粘附在管道表面的颗粒无法吹扫掉,因为在颗粒区域几何没有流体通过,而当弯管时,成千上百的微粒被检测到。

 
3.2附件选择  
高纯气体附件应采用双真空熔化316L不锈钢制作,并应对表面进行电抛光。高纯气体输送管路附件的特殊要求是无泄漏、无杂质、无气体释放、无死区和无聚合物。阀门选用波纹管阀或隔膜阀,因波纹管阀和隔膜阀漏气量少,尤其隔膜阀体积小,易吹除,优先选用。


因阀座的密封面是引起内部泄漏的主要原因,常用的阀座密封材料是塑料,这些塑料象其它的塑料一样能被气体渗过,并且阀门的频繁动作会不可避免地使密封面产生微小粒子。高纯气体的外部泄漏必须减小到至少低于泄漏检测的极限,大约(2X10—11)T.升/秒,只有采取金属一金属密封才能达到。


在必须拆卸的地方,采用可靠性高的金属密封垫(VCR)连接,其余采用全自动脉冲氩弧焊进行连接。采用全自动脉冲氩弧焊的焊接方法,可以提高焊接质量,焊缝成型均匀美观,能最大限度地降低焊缝对气体微粒的影响,同时也减少了由于焊接工人的水平不同而导致焊接质量的差异。


4施工方法  
在管道安装前,应绘制管道轴侧图,标明管道的下料长度和焊口的详细位置。绘图时应多考虑焊接的操作空间,并尽量沿着气流的方向进行安装。为了防止颗粒污染,管道的所有预组装加工应在临时净化间内进行。管子在切割过程中应防止变形或划出痕迹,在切割的过程中用高纯氩气进行吹扫以避免污染。


切割完后, 用专用刮削工具将端口刮削至平整、光滑,如端面不平,用专用工具将末端平整。焊接接口的好坏将直接影响到焊缝的质量,从而影响整个配管质量。为了确保焊缝质量,每天正式施焊前以及焊接过程中任何参数(位置、气流、管径等)发生变化,都必须做焊缝试验(即样品),样品的焊接记录也应登记在每天的日常焊接记录上面,经检验合格后方可正式施焊。焊缝成型必须均匀、美观,不允许有未焊透、未熔合、表面内凹、气孔、错边等缺陷。


预制好的管道附件的两端必须用洁净的塑料盖子连同塑料薄膜一起封好,并用洁净的胶带扎紧,以减少大气对管道的污染。在现场施工时,周围的环境会对洁净管道有污染的危险性,因此应尽可能地在临时净化间内施焊,减少现场焊接点的数量。在全自动脉>中氩弧焊过程中,如果管内残留有氧气或水分,则在焊接部位形成氧化膜,变成微粒发生源,所以,在焊接过程中及焊接前后,用高纯氩气充分置换管内的氧气或水分是非常重要的。焊接保护气体经0.05m过滤器过滤,H20~<100ppb,0z~50ppb。现场每焊好一部分管道,两端阀门必须关紧


5管路吹扫及测试  
在管道施工过程中难免会有微粒进入管道系统内,管路系统的吹扫是一个必不可少的过程。高纯气体管道用高纯氦气进行吹扫,先吹主干管,其次吹支干管,最后吹扫各支管。吹扫时间根据气体品质不同要求确定,直到测试合格为止。非氮气管道,用氮气吹扫合格后进行置换,然后再次吹扫,直至置换后的气体达到纯度要求为止。 


根据规范要求应做各种测试,包括强度试验、气密性试验、颗粒测试、露点测试和氦检漏试验等。经测试合格后,管内通入高纯氮气进行保护。  


6结束语 
对于高纯气体输送系统的微粒污染控制,应从系统设计时就作周密考虑,从系统上保证减少污染。在施工阶段开始时就对微粒进行严密管理,在整个施工过程中的每道工序,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,满足高纯气体对管路输送系统的要求。



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