所有高純度、高潔凈的氣體均需通過管路輸送到設(shè)備用點(diǎn)（POU），為了達(dá)到工藝對氣體的質(zhì)量要求，在氣體出口指標(biāo)一定的情況下，則更需重視配管系統(tǒng)的材料選用和施工質(zhì)量。除取決于制氣或凈化設(shè)備的精度外，在很大程度上受到管路系統(tǒng)諸多因素的影響，因此，管材的選取應(yīng)恪守相關(guān)行業(yè)原則，并在圖紙中注明管道材質(zhì)。
管路的材質(zhì)則依使用的需求進(jìn)行選擇，若為制程用的反應(yīng)氣體則選擇高等級的316L EP管，經(jīng)電解拋光(Electro-Polish)處理，耐腐蝕，表面粗糙度低，Rmax(maximum peak to valley height)約為0.3μm以下，其值遠(yuǎn)低于經(jīng)過光輝燒結(jié)(Bright Anneal)處理之316L BA管的0.8μm，因平整度越高越不容易形成微渦流，而將污染粒子帶出。316L BA管則常使用于和芯片接觸但不參與制程反應(yīng)的氣體，如GN2、CDA。管內(nèi)表面粗糙度是衡量管材質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。粗糙度越低，其顆粒攜帶可能性大大降低。另一種未經(jīng)特殊處理的AP管(Annealing & Picking)，則用于不做為供氣管路的雙套外管。
目前在國內(nèi)潔凈管道可參照標(biāo)準(zhǔn)比較少，通常我們除了參照《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》《氫氧站設(shè)計(jì)規(guī)范》《壓縮空氣設(shè)計(jì)規(guī)范》等有關(guān)技術(shù)行業(yè)技術(shù)規(guī)范外，在業(yè)內(nèi)我們慣用的選材與配管一般參照國際通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：
在半導(dǎo)體體行業(yè)線寬越做越小，其對氣體純度、顆粒度、雜質(zhì)含量、露點(diǎn)的要求也越來越高。表1是各線寬下對超純氮?dú)獾囊?br />
高純氮?dú)?/strong>（PN2）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。
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氮?dú)?/strong>（N2）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管或光亮退火（BA）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或球閥。3 P5 j7 A+ L* }
高純氫氣（PH2）氫氣（H2）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。氬氣（Ar）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。' D8 \0 m& A& S- z) ^3 Q$ M
氦氣（He）：系統(tǒng)管道采用內(nèi)壁電解拋光（EP）低碳（316L不銹鋼管）閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。4 ]6 r+ K4 P3 k* p
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特氣系統(tǒng)：必要的還需做雙套管：外管酸洗鈍化（AP）處理，內(nèi)管電解拋光（EP），閥門采用相同材質(zhì)的波紋管閥或隔膜閥。
壓縮空氣（CDA）：系統(tǒng)管道采用光亮退火（BA）低碳（316L）不銹鋼管，閥門采用相同材質(zhì)的球閥（要求不高的公司亦可采用銅管，視工藝要求定）2 y" y. g8 v0 C* k3 p. u9 _/ s
對于特殊氣體來講，氣體品種多，有毒有害氣體多，原來是一機(jī)臺配一氣柜，高昂的裝備組合和維修費(fèi)用大大增加了投資成本，且有的還布置在工藝間內(nèi)，存在著泄漏的安全隱患?，F(xiàn)在廣泛采用集中供氣系統(tǒng)，氣柜集中，自控系統(tǒng)不斷完善，其報(bào)警、噴淋、切換、吹掃多較為成熟，特氣間也與工藝間隔離，并對房間有防爆要求，工作的安全性大大提高。 $ E2 g$ K% k) y. {
針對腐蝕性、毒性、燃燒性的氣體，通常設(shè)計(jì)將鋼瓶置于氣瓶柜(Gas Cabinet)內(nèi)，再透過管路將氣體供應(yīng)至現(xiàn)場附近的閥箱(VMB, Valve Manifold Box)，而后再進(jìn)入制程機(jī)臺的使用點(diǎn)(POU, Point of Use)，于進(jìn)入機(jī)臺腔體之前，會有獨(dú)立的氣體控制盤(GB, Gas Box)與制程控制模塊聯(lián)機(jī)，以質(zhì)流控制器(MFC, Mass Flow Controller)進(jìn)行流量之控制與進(jìn)氣的混合比例控制，通常此氣體控制盤不屬于廠務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范疇，而是歸屬制程機(jī)臺設(shè)備的一部份。一般的惰性氣體則是以開放式的氣瓶架(Gas Rack)與閥盤(VMP, Valve Manifold Panel)進(jìn)行供應(yīng)。
超潔凈不銹鋼管道、管件、閥門的定義
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用途：不銹鋼潔凈管道用于輸送半導(dǎo)體業(yè)中高純或超純潔凈氣體，及生物制藥產(chǎn)業(yè)中潔凈管道（各種水）。
表面處理方式：
RA 值的比較（Roughness Average,粗糙度平均值）$ c6 i+ ]# {: Q/ ~- u1 g1 A! s8 O
材質(zhì) 表面處理方式 內(nèi)表面粗糙度平均值（um）
316L AP RA〈=1.0
316L BA RA〈=0.8# E4 T. L+ R: ?( R
316L EP RA〈=0.13-0.2
純氣配管技術(shù)是高純氣體供氣系統(tǒng)的重要組成部分，是能否將合符要求的高純氣體送至用氣點(diǎn)仍保持質(zhì)量合格的關(guān)鍵技術(shù)；所謂高純氣配管技術(shù)包括系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)、管件及附件的選擇、施工安裝和試驗(yàn)測試等內(nèi)容。近年來以大規(guī)模集成電路為代表的微電子產(chǎn)品生產(chǎn)對高純氣體的純度和雜質(zhì)含量的日益嚴(yán)格的要求，使高純氣體的配管技術(shù)日益受到關(guān)注和重視。以下針對高純氣體輸送從選材到施工以及驗(yàn)收、日常管理作個(gè)簡單的概述。
常見氣體的種類+ w* r% P( G( `5 K _* u, A& ~
電子行業(yè)中常見氣體的分類：/ c9 A7 q6 A& P$ e, [& |; F3 O
普通氣體，也稱大宗氣體 （Bulk gas ）：氫氣（H2）、氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）、氬氣（A2）等
特種氣體（Specialty gas ）主要有 SiH4 PH3 B2H6 A8H3 CL HCL CF4 NH3 POCL3 SIH2CL2 SIHCL3 NH3 BCL3 SIF4 CLF3 CO C2F6 N2O F2 HF HBR SF6……等等# e2 O' ~9 _( H7 I
特殊氣體的種類一般可分為腐蝕性、毒性、可燃性、助燃性、惰性等，一般常用的半導(dǎo)體氣體分類如下：+ ]8 p: E- p. C1 g" Z9 `) C
(一)、腐蝕性 / 毒性：HCl 、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、 PH3、Cl2、 BCl3 …等
(二)、可燃性：H2、 CH4、 SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…等% M; @- p+ a; Y4 c9 v+ y6 b2 q
(三)、助燃性：O2、Cl2、N2O、NF3…等5 X0 g& h+ F0 c$ L- [0 f! B
(四)、惰性：N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、CO2、Ne、Kr、He…等
半導(dǎo)體氣體很多是對人體有害。特別是其中有些氣體如SiH4的自燃性，只要一泄漏就會與空氣中的氧氣起劇烈反應(yīng)，開始燃燒；還有AsH3的劇毒性，任何些微的泄漏都可能造成人員生命的危害，也就是因?yàn)檫@些顯而易見的危險(xiǎn)，所以對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全性的要求就特別高。
氣體的應(yīng)用范圍 1 ?9 W! {+ r+ [' E9 C6 T7 U
氣體產(chǎn)品作為現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，應(yīng)用范圍十分廣泛，在冶金、鋼鐵、石油、化工、機(jī)械、電子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、醫(yī)藥醫(yī)療等部門，均使用大量的常用氣體或特種氣體。氣體的應(yīng)用，特別對這些領(lǐng)域的高新技術(shù)有重要的影響，是其不可缺少的原料氣或工藝氣。也只有各種新興工業(yè)部門和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的需要和推動，氣體工業(yè)產(chǎn)品才能在品種、質(zhì)量和數(shù)量等方面得到飛躍發(fā)展。- Y( S' x3 o" N; C8 V* b! N! K: A
氣體在微電子、半導(dǎo)體行業(yè)中應(yīng)用
氣體的使用在半導(dǎo)體制程中一直扮演著重要的角色，特別是半導(dǎo)體制程目前已被廣泛的應(yīng)用于各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，凡舉傳統(tǒng)的ULSI、TFT-LCD到現(xiàn)在的微機(jī)電(MEMS)產(chǎn)業(yè)，皆以所謂的半導(dǎo)體制程為產(chǎn)品的制造流程，其中的制程包括如干蝕刻、氧化、離子布植、薄膜沉積等皆使用到相當(dāng)多的氣體，而氣體的純度則對組件性能、產(chǎn)品良率有著決定性的影響，氣體供應(yīng)的安全性則關(guān)乎人員的健康與工廠運(yùn)作的安全。
高純管道在高純氣體輸送中的意義
在不銹鋼熔煉制材過程中，每噸可吸收大約200g的氣體。不銹鋼材加工完畢，不僅其表面粘有各種污染物，而且在其金屬晶格內(nèi)也吸留有一定量的氣體。當(dāng)管路中有氣流通過時(shí)，金屬所吸留的這部分氣體會重新進(jìn)入氣流中，污染純凈氣體。當(dāng)管內(nèi)氣流為不連續(xù)流動時(shí)，管材對所通過的氣體形成壓力下吸附，氣流停止通過時(shí)，管材所吸附的氣體又形成降壓解析，而解析的氣體同樣作為雜質(zhì)進(jìn)入管內(nèi)純凈氣體中。同時(shí)，吸附、解析周而復(fù)始，使得管材內(nèi)表面金屬也會產(chǎn)生一定的粉末，這種金屬粉塵粒子同樣污染管內(nèi)純凈的氣體。管材的這一特性至關(guān)重要，為了確保輸送的氣體的純凈度，不僅要求管材內(nèi)表面有一個(gè)極高的光滑度，而且，應(yīng)當(dāng)具有很高的耐磨特性。+ Q& `" C9 y8 f+ b( l
腐蝕性能較強(qiáng)的氣體時(shí)，必須選用耐腐蝕的不銹鋼管材作配管，否則，管材將會由于腐蝕而在內(nèi)表面產(chǎn)生腐蝕斑，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)大片金屬剝離甚至穿孔，從而污染輸配的純凈氣體。
大流量的高純、高潔凈度氣體輸配管道的連接，原則上全部采用焊接，要求采用的管材，在施焊時(shí)組織不發(fā)生變化。含碳過高的材料在焊接時(shí)，受焊接部位的透氣，使得管內(nèi)外氣體的相互滲透，破壞輸送氣體的純度、干燥度和潔凈度，導(dǎo)致我們的各項(xiàng)努力全部失去意義。
綜上所述，對于高純氣體及特種氣體輸送管道，必需采用一種特種處理的高純不銹鋼管，至使高純管道系統(tǒng)（包含管道、管件、閥門、VMB、VMP）在高純氣體配送中占有至關(guān)重要的使命。& }1 H$ j2 w( b2 K( z0 r& g
輸配管道潔凈技術(shù)的一般概念9 T8 f6 g& l& R/ q R
高純、潔凈氣體體輸送配管道，是指對輸送氣體的“三度”有一定的要求或控制。
氣體純度：氣體中雜質(zhì)氣氛的含量，通常用氣體純度的百分?jǐn)?shù)來表示，如99.9999%,也用雜質(zhì)氣氛含量的體積比ppm 、ppb、 ppt表示。
干燥度：氣體中微量水分的含量，或稱之為濕量，通常以露點(diǎn)表示，如常壓露點(diǎn)-70℃。
潔凈度：氣體中含有污染物粒子的數(shù)量，粒徑為µm的粒子，多少粒/M3 來表示，對于壓縮空氣，通常也用不可避免的固體殘留物的多少mg/m3來表示，其中涵蓋了含油量。 |# N8 e; v: W. E0 y
污染物大小分類：污染物粒子，主要指管道沖刷、磨損、腐蝕產(chǎn)生的金屬粒子、大氣煙塵粒子，以及微生物、噬菌體以及含濕氣體凝聚的液滴等，按其粒徑的大小分為：! Z) A' ]( ?6 f m7 g; [
a)大粒子—粒徑在5μm以上4 N. X Z& j1 B, P5 y2 m- w
b)粒子—料徑在0.1μm-5μm之間" }5 F' d# a ?: Q8 q
c)超微粒子—粒徑小于0.1μm。" Z* ~' `9 C9 H; `' ?
為增強(qiáng)應(yīng)用本技術(shù)時(shí)，能夠?qū)αＷ哟笮『?mu;m單位的感性認(rèn)識，現(xiàn)提供一組具體的粒子狀況，供對照參考
以下為具體粒子對照
名稱 粒徑um 名稱 粒徑um 名稱 粒徑um
病毒 0.003-0.06 氣溶膠 0.03-1 霧化微滴 1-124 b% b1 X c2 t% {" K7 O: a
核燃料 0.01-0.1 漆料 0.1-6 飛灰 1-200
碳黑 0.01-0.3 奶粉 0.1-10 殺蟲劑 5-10" y/ Q, g" v( Y: ^7 x% F. V& D- i# S
樹脂 0.01-1 細(xì)菌 0.3-30 水泥塵 5-1001 [- ~" f# W8 I7 a! u3 G3 W! h
香煙煙霧 0.01-1 砂塵 0.5-5 花粉 10-15
硅膠 0.02-0.1 殺蟲劑 0.5-10 人發(fā) 50-120
結(jié)晶鹽 0.03-0.5 濃硫塵 1-11 海沙 100-1200
