1. 現(xiàn)狀
電子氣體是超大規(guī)模集成電路、平面顯示器件、化合物半導體器件、太陽能電池、光纖等電子工業(yè)生產不可缺少的原材料，它們廣泛應用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。例如在目前工藝技術較為先進的超大規(guī)模集成電路工廠的晶圓片制造過程中，全部工藝步驟超過450道，其中大約要使用50種不同種類的電子氣體。電子氣體輸送系統(tǒng)是指為滿足工藝制程的需求，在充分保證工藝和產品**使用的前提下，將電子氣體從氣源端無二次污染、控制工藝需求的流量和壓力等參數(shù)、穩(wěn)定地輸送到工藝生產設備的用氣點。根據(jù)氣體性質和供應包裝的不同，一般電子氣體可劃分為大宗普通氣體、特種氣體和大宗特種氣體。
目前電子消費品的種類繁多以及升級換代日趨頻繁，同類產品的不同制造規(guī)模、不同級別檔次的生產工廠和科研機構共存。基于投資規(guī)模和產品檔次的不同的實際要求，工業(yè)界對電子氣體輸送系統(tǒng)基本有以下三類需求：
1.1 大規(guī)模供氣系統(tǒng)
大規(guī)模供氣系統(tǒng)主要針對大規(guī)模量產的8-12英寸(1英寸=25.4毫米)超大規(guī)模集成電路廠(氣體種類包括SiH4、N2O、2、 C2F6、NH3等)，100MW以上的太陽能電池生產線(氣體種類包括NH3)，發(fā)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4、3、NF3)、光纖(氣體種類包括SiCl4)、硅材料外延生產線(氣體種類包括HCL)等行業(yè)。它們的投資規(guī)模巨大，采用*先進的工藝制程設備，用氣需求量大，對穩(wěn)定和不間斷供應、純度控制和**生產提出*嚴格的要求。
上述工廠的大宗普通氣體多采用現(xiàn)場制氣(On-site)或工業(yè)園區(qū)管道(Pipeline)集中供應方式，一個年產5萬片的8英寸超大規(guī)模集成電路廠高純氮氣的需求超過5,000Nm3/h，發(fā)光二極管的磊晶工序線和硅外延生產線的氫氣需求超過100Nm3/h。
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(tǒng)(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(xiàn)自動切換，自動氮氣吹掃，自動真空輔助放空;多重**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，多采用獨立的氣體房，獨立的抽風系統(tǒng)。
1.2 常規(guī)供氣系統(tǒng)
常規(guī)供氣系統(tǒng)主要應用于4-6英寸大規(guī)模集成電路廠，50MW以下的太陽能電池生產線，發(fā)光二極管的芯片工序線以及其它用氣量中等規(guī)模的電子行業(yè)。它們的投資規(guī)模中等，生產線可能是二手設備，對氣體純度控制的要求不苛刻，系統(tǒng)配備在滿足**的前提下盡量簡單，節(jié)省投資。
常規(guī)供氣系統(tǒng)的大宗普通氣體多建立現(xiàn)場氣站，采用現(xiàn)場液體儲罐(LIN, LOX, LAR)或集裝格(H2,He)供應方式。氣體由管路系統(tǒng)輸送至廠房，直接開三通送至用氣點。
特種氣體采用普通鋼瓶(<50L)供氣。特氣輸送系統(tǒng)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(xiàn)自動切換，自動氮氣吹掃，自動真空輔助放空;多重**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(tǒng)根據(jù)氣體性質進行分類。
1.3 簡單供氣系統(tǒng)
簡單供氣系統(tǒng)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等。它們的制程簡單，通常不需要連續(xù)性供氣，對氣體供應系統(tǒng)的投資預算低，生產和管理人員欠缺**意識。
由于氣體流量小，特種氣體氣源多采用普通鋼瓶(<50L)。輸送系統(tǒng)多采用半自動氣瓶柜或氣瓶架，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(tǒng)，有些甚至用單瓶系統(tǒng)。共用一個氣體房，甚至沒有氣體房，特氣鋼瓶和輸送系統(tǒng)有時放在回風夾道，或直接放在工藝制造設備旁邊。共用一個抽風系統(tǒng)。系統(tǒng)通常存在**隱患。
2. 發(fā)展趨勢
2.1 電子氣體污染控制要求日趨嚴格
隨著電子消費品的升級換代，產品制造尺寸越來越大，產品成品率和缺陷控制越來越嚴格，整個電子工業(yè)界對電子氣體氣源純度，以及杜絕輸送系統(tǒng)二次污染的要求越來越苛刻?；旧瞎I(yè)界對電子氣體氣相不純物以及顆粒度污染提出的技術指標，直接與分析儀器技術進步帶來的*低檢測極限(LDL)相關聯(lián)。如傳統(tǒng)的激光顆粒測試儀可測到0.1微米，而核凝結技術(CNC)可達到0.01微米。
目前12英寸超大規(guī)模集成電路制造線寬已經發(fā)展到45納米， 對于大宗氣體的純度都要求在ppt級別,顆粒度控制直指CNC分析儀器的下限。實驗室超高亮度發(fā)光二極管(LED)技術指標已達到200Lm/w(流明/瓦)以上，對于氫氣和氨氣的純度控制要求也都小于1ppb(十億分之一)，氨氣則采用多級精餾生產，技術指標到達7N(7個9)的“白氨”，5N的氫氣需要采用先進的鈀膜純化器提純至9N。
大宗特氣系統(tǒng)(BSGS)的及時應用有利于提高污染控制。首先大包裝容器保證了氣體品質的連續(xù)性，降低了多次充裝污染風險。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，高純調壓閥、隔膜閥、高精密過濾器(<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，同時采用零死區(qū)設計。施工技術采用全自動軌道焊接，同時制定和實施嚴格的超高純施工和QA/QC保證程序。
氣體輸送系統(tǒng)建成后必須經過嚴格的保壓、氦檢漏、顆粒度和水分、氧分以及其它氣相雜質的測試。
2.2 大流量、不間斷和穩(wěn)定輸送
如何滿足大規(guī)模量產工廠對電子氣體大流量、不間斷和穩(wěn)定輸送的要**一個挑戰(zhàn)。
電子氣體多以集中式供應為趨勢，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)機臺對流量的需求進行合理配置。特氣輸送設備必須采用全自動切換供氣，而且多設計了備用設備。對于低蒸汽壓氣體(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**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。
對于大流量的BSGS，不但要考慮管路壓降和液化鋼瓶蒸發(fā)吸熱對流量的影響，還要考慮氣體經過調壓閥減壓后的焦耳-湯普遜效應。一般而言，氣體減壓后，溫度會降低，甚至液化。這會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氣體進行預熱。氣體監(jiān)控系統(tǒng)(GMS)通過計算機網絡，實現(xiàn)對氣體輸送系統(tǒng)的實時監(jiān)控，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
針對液化氣體(如氨氣)的BSGS，采用直接加熱液體的氣化輸送系統(tǒng)(Evaporator)已經研發(fā)成型，很快會在BSGS的應用上推廣。
2.3 **日趨嚴格
電子氣體可能存在窒息性、腐蝕性、毒性、易燃易爆性等危險，其危害性被不同國家區(qū)域和不同的工業(yè)組織進行了詳細的危險等級分類。對于一個大規(guī)模量產的電子工廠，其使用和存儲的電子氣體數(shù)量之多可以毫不夸張地被視為擁有“大規(guī)模殺傷性”**庫。任何設計上、施工中、日常運行里存在的**隱患都會對工廠、人員和環(huán)境帶來巨大的災難。
如何保證電子氣體的**儲存、使用操作，系統(tǒng)的工藝和產品本征**設計，在眾多的國際標準規(guī)范如SEMI，NFPA，CGA，F(xiàn)M等都有很詳細的規(guī)定，目前中國國內也正在起草針對電子特種氣體的國家標準規(guī)范。通常而言，會根據(jù)氣體性質和相容性，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、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、危險物總量控制等等。針對硅烷輸送系統(tǒng)，特別是BSGS系統(tǒng)，因總量較大，應采用隔離式建筑。氣體房和氣柜應采用自動噴淋系統(tǒng)。而三氟化氯遇水反應，需要采用二氧化碳滅火系統(tǒng)。
使用電子氣體的工廠抽風系統(tǒng)也根據(jù)危險品性質分成了普通排風系統(tǒng)(GEX)，酸性排風系統(tǒng)(SEX)，溶劑排風系統(tǒng)(VEX)和氨氣排風系統(tǒng)(AEX)。換鋼瓶時的吹掃尾氣，也建議排放至尾氣處理器中。
輸送管道一般采用無縫SS316LEP管。施工采用自動軌道焊接，經保壓、氦檢漏和純度測試。對于劇毒、高反應性和自燃氣體，應使用雙套管輸送。一些劇毒氣體如磷烷、砷烷等，**輸送系統(tǒng)(SDS)正在被廣泛使用。其鋼瓶內采用負壓吸附的方式，用真空法輸送，從根本上避免了氣體的泄漏。
氣體偵測系統(tǒng)(GDS)是全廠生命**系統(tǒng)(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。
2.4 建設成本日趨降低
因為電子工業(yè)投資規(guī)模越來越大，縮短建設周期，降低建設成本也越來越重要。對電子氣體輸送系統(tǒng)而言，如何在不降低系統(tǒng)污染控制水平和不犧牲**配置的前提下，努力減少建設和運行成本，同樣是一個挑戰(zhàn)。
合理配置系統(tǒng)，合理選型材料，可顯著降低初始投資費用。這就要求電子氣體輸送系統(tǒng)承包商具備較強的系統(tǒng)設計能力。性質相匹配的氣體，采用同一吹掃氮氣系統(tǒng)，可顯著節(jié)約氣瓶柜的投資。對于VMB，可采用移動式吹掃氮氣盤。小管路(≤1/2”)的施工，直接采用彎管的方式，既節(jié)約了彎頭的費用，也大大提高了施工效率。嚴格執(zhí)行高純管路施工規(guī)范，可大大降低測試氣體和測試時間。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行費用。因而BSGS越來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、嚴格的**措施和大力降低建設成本四個方面的挑戰(zhàn)，同時這四個方面也是未來的發(fā)展方向。
公安機關備案號：
