电子级高纯气体输送系统概述

电子级高纯气体输送系统概述

李东升(上海正帆超净技术有限公司，上海，201108)摘要：从系统设计角度，论述了电子级高纯气体输送系统的主要设备，气体纯化器选型，输送管道、管件和阀门的材料和型式，安装施工验收的技术指标，以及微量污染的来源及控制措施等。

关键词：高纯气体；纯化；输送系统；微量污染

OverviewofElectronicGradeHighPurityGasDeliverySystem

Dennis Li (Shanghai GenTech UHP Co., Ltd, Shanghai 201108)Abstract:This paper, from system design point of view, describes electronic grade highpuritygasdeliverysystem,includingmajorequipmentintroduction,gaspurifierselecti on,delieverypipingandcomponentsmaterialandtype,installationandtestspecification, microcontamination source and prevention, etc.

Keywords:High purity gas; Purification; Delivery system; Microcontamination

1.简介

随着大规模集成电路制造技术的日益发展，工艺对所用气体纯度的要求也越来越高。为了满足客户用气点规格需求，必须将气源纯化，并经高纯管路系统输送到用气点。本文将从系统设计的角度，论述高纯气体系统的主要设备选型、管道设计和施工标准。

高纯气源纯度一般99.998% (氧气> 99.6%)，杂质含量通常在10ppm以内。

经纯化过滤后，纯度可达99.99998%(>99.95%forO2)，杂质含量可控制在1～50 ppb(氧气中的氮气除外)，0.02微米的颗粒度10颗/立方英尺。

气体在输送过程中也可能被污染，主要包括化学污染和颗粒污染。化学污染包括来自材料/管路表面的析出气体（H2O,H2），接头密封处微小泄漏引起的反向扩散（O2,H2O,CO2），以及由于系统设计和部件选型引起的死区扩散

（O2,H2O,CO2,H2）。颗粒污染是由于材料/管路表面和设计造成的现有颗粒脱落以及新颗粒的产生。

2.气源

气体来源一般分深冷液体（如液氮、液氩、液氧）和高压气体（如氢气、氦气）两种。低温液体储罐是双层容器，内层容器装液体，与外层容器之间的空隙充填有保温材料并抽真空。这样可以确保泄漏到内层容器内的热量降到最小。液罐配有充装、压力控制、泄压和液位计等装置。蒸发器是用于将低温液体转化成气体的换热器，通常是大气环境的翅片管蒸发器。压力控制组管(PCM)向客户工艺制程输送稳定压力的气体。PCM通常配有旁路，以便在维护时不需切断气体。过滤器组管在PCM的下游，装有两个并列的过滤器，以避免在更换过滤器时停机。

3.气体纯化

3.1.消气剂型纯化器：用于氮气、氩气或氦气

该装置通过加热的不挥发金属消气剂床层的消气剂反应（物理吸附和化学吸附），可将氮气、氩气和氦气中的气相杂质(如O2, H2, CO2, CO, CH4, H2O)，以及氩气、氦气中的氮气降至极低浓度。该装置由消气剂柱、加热器、过滤器（可选）和气体装配件。氮气纯化器使用的消气剂与氩气/氦气的不同，两者不能互换使用。

消气剂材料不可再生。当消气剂材料用完时，整个消气剂柱将被更换，装置可由产品气体吹扫后再次利用。消气剂柱的使用寿命取决于气体流量和入口杂质水平，必须根据特定现场情况评估。

3.2.催化剂/吸附型纯化器：用于氮气、氩气或氦气

该装置通过使用镍催化剂反应柱（单独置于小装置中），或与分子筛吸附柱（在大装置中）串联，从而将气体产品中的气相杂质(如CO2, CO, O2, H2, H2O)去除,使其降至极低浓度。反应柱（或反应吸附柱）都是可再生型的，且经并联配有一个单柱（或一套双柱），一边在纯化气体时，另一边则处于再生状态。产品气体气流可在两柱间来回交替流动。镍催化剂和分子筛可通过加热和以混合有1%氢气的产品气体吹扫其反应床达到再生的目的。

3.3.催化剂型纯化器：用于氧气

该装置可通过一支加热的钯催化剂反应柱和一个与之串联的室温分子筛吸附柱，从而从氧气中去除气相杂质(如CO2, CO, CH4, H2, H2O),使其降至极低浓度。

分子筛柱是可再生型的，设计成并联的两支柱子，一边在纯化气体时，另一边则处于再生模式。氧气气流可在两分子筛柱间来回交替流动。该装置包括一个钯催化柱、两个分子筛柱、热交换器、加热器、过滤器和其它部件。分子筛可通过加热和以纯氧吹扫再生。

3.4.消气剂型纯化器：用于氢气

该装置通过室温镍/分子筛柱（化学/物理吸附）和一个加热的金属氢化物消气剂柱（化学吸附），去除氢气中的气相杂质(如O2, CO2, CO, N2, CH4, H2O)使其降至极低杂质浓度。镍/分子筛柱可以再生，设计成并联的两个柱，一个在纯化气体时，另一个则处于再生状态。氢气流可在两分子筛柱间来回交替流动。该装置包括两支镍/分子筛柱、一支金属氢化物消气剂柱、热交换器、加热器、过滤器（可选）和其它部件。消气剂材料不可再生。当消气剂材料用完时，整个消气剂柱被换新，装置可用氩气吹扫再次利用。消气剂柱的使用寿命取决于气体流量和入口杂质水平，必须根据特定现场情况评估。镍/分子筛可通过加热和以纯氢吹扫而再生。

3.5.钯管型纯化器：用于氢气

该类装置通过加热的钯管（该管只允许氢分子扩散通过），去除氢气中的气相杂质(如O2, N2，CO2, CO, Ar，CH4, H2O)使其降至极低杂质浓度。该装置只有在大于200psi(14bar)的压差存在时才可有效运转。包括钯管单元、热交换器、加热器、过滤器（可选）以及其它部件。

3.6.干燥器：用于氩气、氧气、氢气、氮气和氦气

该装置通过室温分子筛管（物理吸附），去除氩气、氧气、氢气、氮气和氦气中的湿气（H