【電子氣體】
簡(jiǎn)介
電子氣體是發(fā)展集成電路、光電子、微電子，特別是超大規(guī)模集成電路、液晶顯示器件、半導(dǎo)體發(fā)光器件和半導(dǎo)體材料制造過(guò)程中不可缺少的基礎(chǔ)性支撐源材料，它被稱為電子工業(yè)的“血液”和“糧食”，它的純度和潔凈度直接影響到光電子、微電子元器件的質(zhì)量、集成度、特定技術(shù)指標(biāo)和成品率，并從根本上制約著電路和器件的精確性和準(zhǔn)確性。
近幾年來(lái)，智研數(shù)據(jù)研究中心隨著我國(guó)超大規(guī)模集成電路、平板顯示器、光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，電子氣體市場(chǎng)需求量明顯增長(zhǎng)，電子特種氣體的國(guó)產(chǎn)化已是大勢(shì)所趨。據(jù)了解，我國(guó)在國(guó)產(chǎn)化方面取得可喜進(jìn)展：國(guó)產(chǎn)高純氨改變了國(guó)外氣體公司壟斷市場(chǎng)的格局，高純四氟化碳“有價(jià)無(wú)貨”時(shí)代也宣告結(jié)束，高純氯化氫已成功打開國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
發(fā)展趨勢(shì)
電子氣體污染控制要求日趨嚴(yán)格
隨著電子消費(fèi)品的升級(jí)換代，產(chǎn)品制造尺寸越來(lái)越大，產(chǎn)品成品率和缺陷控制越來(lái)越嚴(yán)格，整個(gè)電子工業(yè)界對(duì)電子氣體氣源純度，以及杜絕輸送系統(tǒng)二次污染的要求越來(lái)越苛刻?；旧瞎I(yè)界對(duì)電子氣體氣相不純物以及顆粒度污染提出的技術(shù)指標(biāo)，直接與分析儀器技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的最低檢測(cè)極限（LDL）相關(guān)聯(lián)。如傳統(tǒng)的激光顆粒測(cè)試儀可測(cè)到0.1微米，而核凝結(jié)技術(shù)（CNC）可達(dá)到0.01微米。
目前12英寸超大規(guī)模集成電路制造線寬已經(jīng)發(fā)展到45納米，對(duì)于大宗氣體的純度都要求在ppt級(jí)別,顆粒度控制直指CNC分析儀器的下限。實(shí)驗(yàn)室超高亮度發(fā)光二極管（LED）技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到200Lm/w（流明/瓦）以上，對(duì)于氫氣和氨氣的純度控制要求也都小于1ppb（十億分之一），氨氣則采用多級(jí)精餾生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)到達(dá)7N（7個(gè)9）的“白氨”，5N的氫氣需要采用先進(jìn)的鈀膜純化器提純至9N。
大宗特氣系統(tǒng)(BSGS)的及時(shí)應(yīng)用有利于提高污染控制。首先大包裝容器保證了氣體品質(zhì)的連續(xù)性，降低了多次充裝污染風(fēng)險(xiǎn)。另外由于換瓶頻率的減少，也減少了污染幾率。BSGS多采用了深層吹掃，顯著提高了吹掃效果。
輸送管路系統(tǒng)普遍采用了316L不銹鋼電解拋光（EP）管道，高純調(diào)壓閥、隔膜閥、高精密過(guò)濾器（<0.003μm）、VCR接頭等，接觸氣體的管路部件表面粗糙度可控制在5uin，同時(shí)采用零死區(qū)設(shè)計(jì)。施工技術(shù)采用全自動(dòng)軌道焊接，同時(shí)制定和實(shí)施嚴(yán)格的超高純施工和QA/QC保證程序。
氣體輸送系統(tǒng)建成后必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的保壓、氦檢漏、顆粒度和水分、氧分以及其它氣相雜質(zhì)的測(cè)試。
大流量、不間斷和穩(wěn)定輸送
如何滿足大規(guī)模量產(chǎn)工廠對(duì)電子氣體大流量、不間斷和穩(wěn)定輸送的要求是一個(gè)挑戰(zhàn)。
電子氣體多以集中式供應(yīng)為趨勢(shì)，特種氣體集中放置在氣體房。輸送系統(tǒng)的數(shù)量是根據(jù)機(jī)臺(tái)對(duì)流量的需求進(jìn)行合理配置。特氣輸送設(shè)備必須采用全自動(dòng)切換供氣，而且多設(shè)計(jì)了備用設(shè)備。對(duì)于低蒸汽壓氣體（WF6，DCS，BCl3，C5F8，ClF3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(huì)考慮配置高精度的壓力變送器、電子秤、溫控器等。在機(jī)臺(tái)用氣點(diǎn)也都配置了質(zhì)量流量計(jì)。
對(duì)于大流量的BSGS，不但要考慮管路壓降和液化鋼瓶蒸發(fā)吸熱對(duì)流量的影響，還要考慮氣體經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥減壓后的焦耳-湯普遜效應(yīng)。一般而言，氣體減壓后，溫度會(huì)降低，甚至液化。這會(huì)照成輸送壓力的不穩(wěn)定以及管路系統(tǒng)的損壞。因此需要考慮在減壓前對(duì)氣體進(jìn)行預(yù)熱。氣體監(jiān)控系統(tǒng)（GMS）通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體輸送系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
針對(duì)液化氣體（如氨氣）的BSGS，采用直接加熱液體的氣化輸送系統(tǒng)(Evaporator)已經(jīng)研發(fā)成型，很快會(huì)在BSGS的應(yīng)用上推廣。
安全日趨嚴(yán)格
電子氣體可能存在窒息性、腐蝕性、毒性、易燃易爆性等危險(xiǎn)，其危害性被不同國(guó)家區(qū)域和不同的工業(yè)組織進(jìn)行了詳細(xì)的危險(xiǎn)等級(jí)分類。對(duì)于一個(gè)大規(guī)模量產(chǎn)的電子工廠，其使用和存儲(chǔ)的電子氣體數(shù)量之多可以毫不夸張地被視為擁有“大規(guī)模殺傷性”武器庫(kù)。任何設(shè)計(jì)上、施工中、日常運(yùn)行里存在的安全隱患都會(huì)對(duì)工廠、人員和環(huán)境帶來(lái)巨大的災(zāi)難。
如何保證電子氣體的安全儲(chǔ)存、使用操作，系統(tǒng)的工藝和產(chǎn)品本征安全設(shè)計(jì)，在眾多的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如SEMI，NFPA，CGA，F(xiàn)M等都有很詳細(xì)的規(guī)定，目前中國(guó)國(guó)內(nèi)也正在起草針對(duì)電子特種氣體的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通常而言，會(huì)根據(jù)氣體性質(zhì)和相容性，將氣體房分成可燃?xì)怏w房、腐蝕性氣體房、惰性氣體房、硅烷氣體房、三氟化氯氣體房等。氣體房規(guī)劃需要考慮建筑物的防火、泄爆、防火防爆間距、危險(xiǎn)物總量控制等等。針對(duì)硅烷輸送系統(tǒng)，特別是BSGS系統(tǒng)，因總量較大，應(yīng)采用隔離式建筑。氣體房和氣柜應(yīng)采用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。而三氟化氯遇水反應(yīng)，需要采用二氧化碳滅火系統(tǒng)。
使用電子氣體的工廠抽風(fēng)系統(tǒng)也根據(jù)危險(xiǎn)品性質(zhì)分成了普通排風(fēng)系統(tǒng)(GEX)，酸性排風(fēng)系統(tǒng)(SEX)，溶劑排風(fēng)系統(tǒng)(VEX)和氨氣排風(fēng)系統(tǒng)(AEX)。換鋼瓶時(shí)的吹掃尾氣，也建議排放至尾氣處理器中。
輸送管道一般采用無(wú)縫SS316L EP管。施工采用自動(dòng)軌道焊接，經(jīng)保壓、氦檢漏和純度測(cè)試。對(duì)于劇毒、高反應(yīng)性和自燃?xì)怏w，應(yīng)使用雙套管輸送。一些劇毒氣體如磷烷、砷烷等，安全輸送系統(tǒng)（SDS）正在被廣泛使用。其鋼瓶?jī)?nèi)采用負(fù)壓吸附的方式，用真空法輸送，從根本上避免了氣體的泄漏。
氣體偵測(cè)系統(tǒng)(GDS)是全廠生命安全系統(tǒng)（LSS）的重要組成部分。對(duì)于偵測(cè)器的要求，除了精度高，反應(yīng)迅速外，還應(yīng)具備自檢功能。
建設(shè)成本日趨降低
因?yàn)殡娮庸I(yè)投資規(guī)模越來(lái)越大，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本也越來(lái)越重要。對(duì)電子氣體輸送系統(tǒng)而言，如何在不降低系統(tǒng)污染控制水平和不犧牲安全配置的前提下，努力減少建設(shè)和運(yùn)行成本，同樣是一個(gè)挑戰(zhàn)。
合理配置系統(tǒng)，合理選型材料，可顯著降低初始投資費(fèi)用。這就要求電子氣體輸送系統(tǒng)承包商具備較強(qiáng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。性質(zhì)相匹配的氣體，采用同一吹掃氮?dú)庀到y(tǒng)，可顯著節(jié)約氣瓶柜的投資。對(duì)于VMB，可采用移動(dòng)式吹掃氮?dú)獗P。小管路(≤1/2”)的施工，直接采用彎管的方式，既節(jié)約了彎頭的費(fèi)用，也大大提高了施工效率。嚴(yán)格執(zhí)行高純管路施工規(guī)范，可大大降低測(cè)試氣體和測(cè)試時(shí)間。這些都是行之有效的成本控制措施。采用大包裝容器的氣源，可大大降低物流和人力操作等運(yùn)行費(fèi)用。因而BSGS越來(lái)越受到更多客戶的青睞。
綜上所述，電子氣體輸送系統(tǒng)面臨著高純度、大流量、嚴(yán)格的安全措施和大力降低建設(shè)成本四個(gè)方面的挑戰(zhàn)，同時(shí)這四個(gè)方面也是未來(lái)的發(fā)展方向。
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