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日志

 
 

高纯气体输送管路的防污染措施  

2011-05-17 13:41:45|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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· ■ 道安装技术·
施红平
(中国电子系统工程第二建设有限公司,江苏无锡21 41 51)
摘要: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。
关键词:高纯气体;微粒
中图分类号:TU834.8 53 文献标识码:B 文章编号:1002—3607(2006)02—0030—02
l引言
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,己达 300mm,线宽尺寸早从
微米技术进入到亚微米(小于1 m)和深亚微米(小于
0.18 m),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,尘埃粒径要求控制小于0.1~0.05 m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(0,、H,0、C0、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(SUS31 6LEP)管,表面粗糙度Ra≤1 0 1n。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3 m BA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。
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图1 管道表面粗糙度对颗粒吸的影响示意图
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,例~I]3M的kel—F或杜邦的Tef]on,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
0.05 m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(如没有阀门,管内
就应一直充着氩气保护)。
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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E , 5 E :

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