1、特種=體管道的設計與施工特種氣體系統的設計與施工(單位：中國電子系統工程第二建設有限公司地址：江蘇省無錫市錢榮路160#郵編： 214151)前言：一個工藝技術先進的大規模集成電路工廠的硅片制造過程中，全部工藝大約要使用50種不同的電子氣體。其中大部分為特種氣體。本文就特種氣體系統的設計與施工 方面做一個簡單描述。關鍵詞：特種氣體氣瓶柜316L EP特氣輸送系統是指：將特種氣體從氣源端、根據丄藝設備的工藝需求、通過對流量和壓力等參數的控制，通過管道、無二次污染、穩定的輸送到工藝設備的用氣點。其基本流程 是：氣源控制柜管道傳輸用氣點特種氣體根據氣體性質不同一般分為：惰性氣體、易燃易爆氣體、有毒氣

2、體和腐蝕性氣體；根據供應包裝的不同分為：特種氣體和大宗特種氣體。三：供氣系統的選擇1. 簡單供氣系統簡單供氣系統主要針對4英寸及以下半導體芯片廠、半導體材料的科研機構以及一些單 臺的工藝設備等。它們的制程簡單，通常不需要連續性供氣，對氣體供應系統的投資預算 低。由于氣體流量小，不經常使用，特種氣體氣源多采用普通鋼瓶(<50L) o輸送系統多釆 用半自動氣瓶柜或氣瓶架加簡單的控制面板；配置繼電器控制，自動切換，手動吹掃，手 動放空，有害性氣體配備緊急切斷閥。惰性氣體瓶架則釆用全手動系統，有些其至用單瓶 系統。所有氣體共用一個氣體房，甚至沒有氣體房，特氣鋼瓶和輸送系統有時放在回風夾 道，或直

3、接放在工藝制造設備旁邊或隔壁。如果沒有特別危險氣體一般共用一個抽風系統。 簡單供氣系統通常存在安全隱患。2. 常規供氣系統常規供氣系統主要應用于4-6英寸 大規模集成電路廠，50MW以下的太陽能電池生產線, 發光二極管的芯片工序線以及其它用氣量中等規模的電子行業。對氣體純度控制的要求不 苛刻，系統配備在滿足安全的前提下盡量簡單，節省投資。特種氣體采用普通鋼瓶（50L）供氣。特氣輸送系統采用氣瓶柜。配置全自動PLC控制 器，彩色觸摸屏；氣體面板采用氣動閥門和壓力傳感器，可實現自動切換，自動氮氣吹掃, 自動真空輔助放空；多重安全防護措施，泄漏偵測，遠程緊急切斷；專用氮氣吹掃起源等 等。VMB采用支

4、路氣動閥，氮氣吹掃，真空輔助排空。惰性氣體多采用半自動氣瓶架， 繼電器控制，自動切換，手動吹掃，手動放空；VMB主管氣動閥，氮氣吹掃；支路氣動 閥，氮氣吹掃，真空輔助排空。氣體房和抽風系統根據氣體性質進行分類。3. 大宗特氣供氣系統大規模供氣系統主要針對大規模量產的8-12英寸（1英寸=25.4毫米）超大規模集成電 路廠（氣體種類包括SiH4、N20、2、C2F6、NH3等），100MW以上的太陽能電池生產線（氣體種類包括NH3）,發光二極管的磊晶工序線（氣體種類包括 NH3）、5代以上液晶顯示器工廠（氣體種類包括SIH4、CL2、NH3、NF3）等、光纖（氣體種類包括SiC14）、硅材料外延

5、生產線（氣體種類包括HCL）等行業。它們的投資規模巨大，采用最先進的工藝制程設備，用氣需求量大，對穩定和不間斷 供應、純度控制和安全生產提出最嚴格的要求。這些工廠的特種氣體的供給，除了普通鋼瓶（50L及以下）包裝的特種氣體外，還有多種 類的特種氣體都普遍采用大包裝容器，由此它們被稱為大宗特氣，包括Y-鋼瓶（450L）, T-鋼瓶（980L）,集裝格（940L） , ISO 罐（22,500L）,魚雷車（13,400L）等。大宗特氣供應系統（BSGS）采用全自動PLC控制器，彩色觸摸屏；氣體面板釆用氣動閥 門和壓力傳感器，可實現自動切換，自動氮氣吹掃，自動真空輔助放空；多重安全防護措 施，泄漏偵

6、測，遠程緊急切斷：專用氮氣吹掃起源等等。特種氣體采用獨立氣源，多用點 采用VMB或VMP分路供應，VMB或VMP釆用支路氣動閥，氮氣吹掃，真空輔助排空 等。由于BSGS氣源總量大，多釆用獨立的氣體房，獨立的抽風系統四：氣體房的選擇和設計除了簡單的供氣系統以外，特氣房一般都獨立于主場房而單獨建設，其規劃時需考慮建筑 物的防火、泄爆、防火防爆間距、危險物的總量控制等。常規供氣系統一般也采用多種氣 瓶柜共設在一個氣體室；而對于大宗特氣，會根據氣體特性和相容性將氣體房分成可燃氣 體房、腐蝕性氣體房、惰性氣體房、硅烷氣體房、毒性氣體房等。氣體房必須有良好的通 風，氣體房的選擇和設計一般由設計院完成。五：

7、管道系統的設計1材料的選擇特氣管路系統普遍采用316L不銹鋼電解拋光(EP)管道，閥門一般采用高純調壓閥、隔 膜閥、高精密過濾器、(<0.003微米)、VCR接頭等。接觸氣體的管路部件表面粗糙度 可控制在5uin。對于某些高腐蝕性的氣體如CL2等，釆用經過特殊處理的耐腐蝕強的EP 管。2. 主管路系統的設計在確定好氣體房和用氣點以后,主管路系統一般遵循管道線路最短，拐彎最少，布置緊湊合理， 給人簡單美觀的感覺。輸送系統的數量和管徑的大小一般根據機臺用氣點的多少和流量大 小確定，基本都采用小管徑輸送(1/4-3/4)而且多設計了備用系統。由于氣體本身的危 險性，許多地方采用把管道鋪設在電纜

8、橋架里，對于穿墻或穿過夾道的地方，周圍有危險 源和經常有危險作業的地方，露天的地方管道一般布置在全封閉的橋架里。對于低蒸汽壓 氣體(WF6, DCS, BC13, C5F8, C1F3等),需要考慮鋼瓶加熱，氣體面板加熱，管道伴熱等。為了精確控制流量，在氣源端一般會考慮配置高精度的壓力變送器、電子秤、 溫控器等。在機臺用氣點也都配置了質量流量計，壓力調節閥。對于劇毒、高反應性和自 燃氣體，應使用雙套管輸送。同時管道的設訃要采用零死區設訃，即整個管道系統從氣柜 到VMB、從VMB到用氣點，要點對點，中間不允許有在氣體置換時有殘留空氣的死角。 因此，整個管路系統中IIIVMB完成氣體的分配，中間沒

9、有三通。最后管道還要有良好的 接地。3輔助系統的設計氣體柜或控制面板在安裝和運輸的過程中曲于搬運和震動，閥門、接頭、過濾器等的更換、 或其他原因、需要對其重新進行高壓氣密性試驗和氮檢，氣體的置換也需要用到高壓氮氣 或氨氣，所以特氣柜需設計接入高壓惰性氣體氨氣或氮氣。一般選擇在特氣房設置一臺或 多臺惰性氣體柜。其連接形式為：特氣柜中裝有各種氣體驅動閥，主管路在送氣前必須進行管道的吹掃和空氣的置換，所以 還需輔助有高純氮氣和潔凈壓縮空氣系統。氮氣系統采用SUS316L-EP管，CDA可采用 SUS316L-BA管，其管徑根據氣柜的多少來計算決定。氣體房和氣柜還須有自動噴淋系統，但有的氣體如三氟化氯

10、，硅烷遇水反應，這時就還需 要考慮采用二氧化碳滅火系統。排風系統和放空系統也是特氣系統的重要組成部分。其排風系統也根據危險品性質分成普 通排風系統（GEX）、酸性排風系統（SEX）、洛劑排風系統（VEX）、氨氣排風系統（AEX） o普通排風系統釆用鍍鋅鐵皮風管，酸性排風一般采用玻璃鋼風管，溶劑和氨氣 排風一般采用不銹鋼風管。氣柜的排風也是根據其性質接入上面不同的排風系統。氣體的 放空是指特氣管道和氣柜中的特氣經氮氣稀釋后山放空管道排放到大氣或排風系統中，有 的劇毒性或高危害性的氣體建議排放到尾氣處理器中經處理后排放至相應的排風系統中。 放空系統一般采用SUS304不銹鋼管道，一直延伸到屋頂，高

11、出屋面兩米左右，并設防雨 罩。六:GMS和GDS系統氣體監控系統（GMS）通過計算機網絡，實現對氣體輸送系統的實時監控，以確保系統的 穩定性。氣體偵測系統（GDS）是全廠生命安全系統（LSS）的重要組成部分。對于偵測器的要求, 除了精度高，反應迅速外，還應具備自檢功能。對于這兩個系統在這里只能做一個概念性的介紹。最后、充分了解氣體特性、從而合理配置系統，合理選擇管徑和材料，是我們設汁的重點, 這樣可顯著降低整個系統的成本。七：特種氣體管道的施工特種氣體管道的施匸采用全自動軌道焊接，同時制定和實施嚴格的超高純施丄和QA/QC 保證程序，對施工的質量和程序進行嚴格的監控和管理。最后整個系統還要進行

12、氨檢漏、 水分、氧分和顆粒度檢測、以及其他要求做的氣相雜質的測試。其現場基本的施工程序為: 施工圖紙會審預制間的搭設施工人員的培訓系統檢測系統驗收1.預制間的選擇特種氣體管道的施匸對環境的要求比較高，管道施工采用大批量預制然后現場安裝的方 法。按照標準，預制作業需要在潔凈度達到口級的凈化間進行，作業人員也按照口級凈化 間的管理著裝。因此對于大宗特氣項日，一般都建有一個標準的預制間，其基本結構為：管道切割間 換鞋處管道預制間材料搬入口 但我們在實際的施匸中，大宗特氣項U很少，一般都是簡單系統和常規系統，為了節約成本和 資金,在要求不是很高的情況下、一般釆用在施工現場找一塊相對潔凈的房間采取一定的

13、 防塵措施就地施工，除作業人員和檢察人員外，應禁止無關人員出入。如果業主要求比較嚴 格，也采用彩鋼板搭設一個簡單的預制件，房間內鋪上地板革，在屋中用潔凈塑料布封出 一塊裝上兩臺層流罩，做一個簡單的凈化空間，進行管道的預制工作。2.主要的施工機具特種氣體管道的主要施工機具有:全自動軌道焊機（D100、MIOO等）管道切割機（GF鋸）、 管子割刀、平口機、彎管器、倒角器、管口毛刺修理刮刀、有的需要配置電源穩壓器、 特種氣體系統的設計與施工（單位：中國電子系統工程第二建設有限公司地址：江蘇省無錫市錢榮路160#郵編： 214151）前言：一個工藝技術先進的大規模集成電路工廠的硅片制造過程中，全部工藝

14、大約要使用50種不同的電子氣體。其中大部分為特種氣體。本文就特種氣體系統的設計與施工 方面做一個簡單描述。關鍵詞：特種氣體氣瓶柜316L EP特氣輸送系統是指：將特種氣體從氣源端、根據丄藝設備的工藝需求、通過對流量和壓力等參數的控制，通過管道、無二次污染、穩定的輸送到工藝設備的用氣點。其基本流程 是：氣源控制柜管道傳輸用氣點特種氣體根據氣體性質不同一般分為：惰性氣體、易燃易爆氣體、有毒氣體和腐蝕性氣體；根據供應包裝的不同分為：特種氣體和大宗特種氣體。三：供氣系統的選擇1. 簡單供氣系統簡單供氣系統主要針對4英寸及以下半導體芯片廠、半導體材料的科研機構以及一些單 臺的工藝設備等。它們的制程簡單，

15、通常不需要連續性供氣，對氣體供應系統的投資預算 低。山于氣體流量小，不經常使用，特種氣體氣源多采用普通鋼瓶（50L）。輸送系統多采 用半自動氣瓶柜或氣瓶架加簡單的控制面板；配置繼電器控制，自動切換，手動吹掃，手 動放空，有害性氣體配備緊急切斷閥。惰性氣體瓶架則采用全手動系統，有些其至用單瓶 系統。所有氣體共用一個氣體房，甚至沒有氣體房，特氣鋼瓶和輸送系統有時放在回風夾 道，或直接放在工藝制造設備旁邊或隔壁。如果沒有特別危險氣體一般共用一個抽風系統。 簡單供氣系統通常存在安全隱患。2. 常規供氣系統常規供氣系統主要應用于4-6英寸 大規模集成電路廠，50MW以下的太陽能電池生產線, 發光二極管的

16、芯片工序線以及其它用氣量中等規模的電子行業。對氣體純度控制的要求不 苛刻，系統配備在滿足安全的前提下盡量簡單，節省投資。特種氣體采用普通鋼瓶（50L）供氣。特氣輸送系統釆用氣瓶柜。配置全自動PLC控制 器，彩色觸摸屏；氣體面板采用氣動閥門和壓力傳感器，可實現自動切換，自動氮氣吹掃, 自動真空輔助放空；多重安全防護措施，泄漏偵測，遠程緊急切斷；專用氮氣吹掃起源等 等。VMB采用支路氣動閥，氮氣吹掃，真空輔助排空。惰性氣體多采用半自動氣瓶架， 繼電器控制，自動切換，手動吹掃，手動放空；VMB主管氣動閥，氮氣吹掃；支路氣動 閥，氮氣吹掃，真空輔助排空。氣體房和抽風系統根據氣體性質進行分類。3. 大宗

17、特氣供氣系統大規模供氣系統主要針對大規模量產的8-12英寸（1英寸=25.4毫米）超大規模集成電 路廠（氣體種類包括SiH4、N20、2、C2F6、NH3等），100MW以上的太陽能電池生產線（氣體種類包括NH3）,發光二極管的磊晶工序線（氣體種類包括 NH3）、5代以上液晶顯示器工廠（氣體種類包括SIH4、CL2、NH3、NF3）等、光纖（氣體種類包括S1C14）、硅材料外延生產線（氣體種類包括HCL）等行業。它們的投資規模巨大，采用最先進的工藝制程設備，用氣需求量大，對穩定和不間斷 供應、純度控制和安全生產提出最嚴格的要求。這些工廠的特種氣體的供給，除了普通鋼瓶（50L及以下）包裝的特種氣

18、體外，還有多種 類的特種氣體都普遍采用大包裝容器，由此它們被稱為大宗特氣，包括Y-鋼瓶（450L）,T-鋼瓶（980L）,集裝格（940L） , ISO 罐（22,500L）,魚雷車（13,400L）等。大宗特氣供應系統（BSGS）采用全自動PLC控制器，彩色觸摸屏；氣體面板采用氣動閥 門和壓力傳感器，可實現自動切換，自動氮氣吹掃，自動真空輔助放空；多重安全防護措 施，泄漏偵測，遠程緊急切斷；專用氮氣吹掃起源等等。特種氣體采用獨立氣源，多用點 采用VMB或VMP分路供應，VMB或VMP采用支路氣動閥，氮氣吹掃，真空輔助排空 等。由于BSGS氣源總量大，多釆用獨立的氣體房，獨立的抽風系統四：氣體

19、房的選擇和設訃 除了簡單的供氣系統以外，特氣房一般都獨立于主場房而單獨建設，其規劃時需考慮建筑 物的防火、泄爆、防火防爆間距、危險物的總量控制等。常規供氣系統一般也采用多種氣 瓶柜共設在一個氣體室；而對于大宗特氣，會根據氣體特性和相容性將氣體房分成可燃氣 體房、腐蝕性氣體房、惰性氣體房、硅烷氣體房、毒性氣體房等。氣體房必須有良好的通 風，氣體房的選擇和設計一般由設計院完成。五：管道系統的設計1. 材料的選擇特氣管路系統普遍采用316L不銹鋼電解拋光(EP)管道，閥門一般采用高純調壓閥、隔 膜閥、高精密過濾器、(V0.003微米)、VCR接頭等。接觸氣體的管路部件表面粗糙度 可控制在5uin。對

20、于某些高腐蝕性的氣體如CL2等，采用經過特殊處理的耐腐蝕強的EP 管。2. 主管路系統的設訃在確定好氣體房和用氣點以后,主管路系統一般遵循管道線路最短，拐彎最少，布置緊湊合理， 給人簡單美觀的感覺。輸送系統的數量和管徑的大小一般根據機臺用氣點的多少和流量大 小確定，基本都采用小管徑輸送(1/4-3/4)而且多設計了備用系統。由于氣體本身的危 險性，許多地方采用把管道鋪設在電纜橋架里，對于穿墻或穿過夾道的地方，周用有危險 源和經常有危險作業的地方，露天的地方管道一般布置在全封閉的橋架里。對于低蒸汽壓 氣體(WF6, DCS, BC13, C5F8, C1F3等),需要考慮鋼瓶加熱，氣體面板加熱，

21、管道伴熱等。為了精確控制流量，在氣源端一般會考慮配置高精度的壓力變送器、電子秤、 溫控器等。在機臺用氣點也都配置了質量流量計，壓力調節閥。對于劇毒、高反應性和自 燃氣體，應使用雙套管輸送。同時管道的設計要采用零死區設計，即整個管道系統從氣柜 到VMB、從VMB到用氣點，要點對點，中間不允許有在氣體置換時有殘留空氣的死角。 因此，整個管路系統中III VMB完成氣體的分配，中間沒有三通。最后管道還要有良好的 接地。3輔助系統的設訃氣體柜或控制面板在安裝和運輸的過程中山于搬運和震動，閥門、接頭、過濾器等的更換、 或其他原因、需要對其重新進行高壓氣密性試驗和氮檢，氣體的置換也需要用到高壓氮氣 或氮氣

22、，所以特氣柜需設計接入高壓惰性氣體氨氣或氮氣。一般選擇在特氣房設置一臺或 多臺惰性氣體柜。其連接形式為：特氣柜中裝有各種氣體驅動閥，主管路在送氣前必須進行管道的吹掃和空氣的置換，所以 還需輔助有高純氮氣和潔凈壓縮空氣系統。氮氣系統采用SUS316L-EP管，CDA可采用 SUS316L-BA管，其管徑根據氣柜的多少來計算決定。氣體房和氣柜還須有自動噴淋系統，但有的氣體如三氟化氯，硅烷遇水反應，這時就還需 要考慮采用二氧化碳滅火系統。排風系統和放空系統也是特氣系統的重要組成部分。其排風系統也根據危險品性質分成普 通排風系統（GEX）、酸性排風系統（SEX）、洛劑排風系統（VEX）、氨氣排風系統（AEX） o普通排風系統釆用鍍鋅鐵皮風管，酸性排風一般采用玻璃鋼風管，溶劑和氨氣 排風一般采用不銹鋼風管。氣柜的排風也是根據其性質接入上面不同的排風系統。氣體的 放空是指特氣管道和氣柜中的特氣經氮氣稀釋后山放空管道排放到大氣或排風系統中，有 的劇毒性或高危害性的氣體建議排放到尾氣處理器中經處理后排放至相應的排風系統中。 放空系統一般采用SUS304不銹鋼管道，一直延伸到屋頂，高出屋面兩米左右，并設防雨 罩。六:GMS和GDS系統氣體監控系統（GMS）通過計算機