1995年，美國半導體工業(yè)協(xié)會〔SIA〕在一份報告中預言：“10-15年內成為世界最大的半導體市場“21世紀的中國半導體產(chǎn)業(yè)市場仍將保持20%以上的高速增長態(tài)勢，中國有望在下一個十年成為僅次于美國的全球其次大半導體市場。而目前的進展態(tài)勢也正印證了這一點。作為半導體生產(chǎn)過程中必不行少的系統(tǒng)，高純氣體系統(tǒng)直接影響全廠生產(chǎn)的運行和產(chǎn)品的質量。種類更多、品質要求更高、用量更大，也就更具代表性。因此本文重點以集成電路芯片制造廠為背景來闡述?！睟ulkgas，用量較小的稱為特種氣體〔Specialtygas。大宗氣體有：氮氣、氧氣、氫氣、氬氣和氦氣。其中氮氣在整個工廠中用量最大，依據(jù)系統(tǒng)概述等幾個局部。通常在設計中將氣源設置在獨立于生產(chǎn)廠房〔FAB〕之外的氣體站〔GasYar，而氣體的純化則往往在生產(chǎn)廠房內特地的純化間〔PurifierRoom〕中進展，這樣可以使高純氣體的管線盡可能的短，既保證了氣體的品質，又節(jié)約了本錢。經(jīng)純化后的大宗氣體由管道從氣體純化間輸送至輔道生產(chǎn)層〔SubFAB〕或生產(chǎn)車間的架空地板下，在這里形成配管網(wǎng)絡，最終由二次配管系統(tǒng)〔Hook-up〕1給出了一個典型的大宗氣體系統(tǒng)圖。供氣系統(tǒng)的設計氣體站首先必需依據(jù)工廠所需用氣量的狀況，選擇最合理和經(jīng)濟的供氣方式。氮氣的用量往往是很大的，依據(jù)其用量的不同，可考慮承受以下幾種方式供氣：液氮儲罐，用槽車定期進展充灌，高壓的液態(tài)氣體經(jīng)蒸發(fā)器〔Vaporizer〕蒸發(fā)為氣態(tài)后，供2〕N2用量很大的場合。集成電路芯片制造廠多承受此方式供氣，而且還同時設置液氮儲罐作備用。氧氣和氬氣往往承受超低溫液氧儲罐配以蒸發(fā)器的方式供給。氫氣則以氣態(tài)方式供給，一般承受鋼瓶組〔Bundle〕即可滿足生產(chǎn)要求。如用氣量較大，則可TubeTrailer供氣，只是由于道路消防安全審批等因素，目前在國內還很少承受此方式。信任TubeTrailer供氣方式會被更多地承受。假設氫氣用量相當大，則需要現(xiàn)場制氫，如承受水電解裝置。由于低溫液氦儲罐的本錢相當昂貴，加以氦氣用量不大，氦氣一般承受鋼瓶組〔Bundle〕的形式供給即可滿足生產(chǎn)要求。隨著大型集成電路廠越來越多地消滅，氦氣的用量也漸漸上升，國外已開頭嘗試使用液氦儲罐，而且由于氦氣在低于-4500F時才是液體，此時全部雜質在此液相中實際均已分散在固體，理論上從該儲罐氣化的氮氣已是高純度，不用再經(jīng)純化處理。隨著國內半導體集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速進展，將會消滅一些半導體工廠較為密集的微電子生產(chǎn)園區(qū)，這時有可能承受集中的管道供氣方式，即由氣體公司在園區(qū)內建一大型氣站，將大宗氣體用氣，目前正在建設中。在整個氣體站的設計中,需要特別留意幾個問題：首先,供氫系統(tǒng)和供氧系統(tǒng)的安全性問題是必需予以高度重視的,如氣體站的平面布置必需符合相關安全標準。其次，在設計供氣壓力時不僅要參照最終用戶點的壓力需求，而且必需考慮純化器、過濾器以及配管系統(tǒng)的壓力降。雜質目前尚無法通過氣體純化器有效去除，必需在空分裝置中增加特地的超低溫精餾過程處理，工藝設備。另一折衷的方法是，目前200mm芯片生產(chǎn)工藝中，只有局部工藝設備對氧中氮的含量要求甚高，假設這些設備的用氧量不大，則可以考慮外購高純氧氣鋼瓶特地對這些設備供氣。氣體純化與過濾氣體的品質要求隨著集成電路技術的不斷進展，設計線寬不斷微縮，這對氣體品質的要求也越來越嚴格，目前對ppb1200mm芯片生產(chǎn)工藝線對大宗氣體的品質要求?！瞤urifierRoom〕進展純化，氣體經(jīng)純化器除去其中的雜質，再經(jīng)過濾器除去其中的顆粒Particle。出于安全考慮，一般將氫氣純化室設計為單獨一室，并有防爆、泄爆要求。純化器SAES、Taiyo、Toyo、JPC、ATTO2。一般說來，N2、O2純化器較多承受觸媒吸附式，Ar、H2Getter效果最正確，H2純Getter式。N2純化器需要高純氫氣供再生之用；觸媒吸附式純化器需要冷卻水。因此，相關的公用工程管線必須在氣體純化間內留有接口。過濾器半導體生產(chǎn)工藝過程不僅對氣體純度要求格外嚴格，而且對氣體中的顆粒含量也有極高的要求，目前在集成電路芯片生產(chǎn)中，對大宗氣體顆粒度的要求通常為：大于0.1μm的顆粒含量為零。而去除顆粒則需承受氣體過濾器。一般的，經(jīng)純化的氣體需經(jīng)過兩個串聯(lián)的過濾器即可到達工藝要求，為便利濾芯更換，往往并聯(lián)1。氣體的品質監(jiān)測工藝要求。目前著重對氣體中的氧含量、水含量和顆粒度進展在線連續(xù)監(jiān)測，而對CO、CO2THC雜質承受間歇監(jiān)測，測試結果連同其他測試參數(shù)〔諸如壓力、流量等〕都會被送往把握SCADA〔SupervisoryControlandDateAcquisition〕系統(tǒng)。供氣系統(tǒng)的牢靠性問題用現(xiàn)場制氣方式，往往還需要設置該種氣體的儲蓄供氣系統(tǒng)作備用。1〕每一種氣體的純化器都需要有一臺作備用。氧氣假設承受現(xiàn)場制氣方式，雖然可以不經(jīng)純化而直接供工藝設備使用，但仍應當設置一臺純化器作備用。但這必需要與業(yè)主爭論確定。而且，每個工程都有其特別性，不必強求一步到位，可以考慮在不同的建設階段逐步實施。另外,假設有條件承受集中管道供氣方式,還需要考察氣體供給商的系統(tǒng)設計狀況，是否有對供氣中斷、管路污染等突發(fā)事故的預防措施、應急措施和恢復手段。有必要提請業(yè)主留意在該種經(jīng)濟便利的供氣方式背后潛在的風險。大宗氣體輸送管道系統(tǒng)的設計經(jīng)純化后的大宗氣體由氣體純化間送至關心生產(chǎn)層〔SubFAB〕或生產(chǎn)車間〔FAB〕的架空地板下，在這里形成配管網(wǎng)絡，再由二次配管系統(tǒng)〔Hook-up〕送至各用戶點。以我的設計閱歷，在設計中要著重考慮以下幾個方面。配管系統(tǒng)的整體架構目前，較為常見的架構有樹枝型〔圖2〕和環(huán)型〔圖3〕兩種。其中又數(shù)樹枝型最為常用,其架構清楚,且與其它系統(tǒng)的配管架構相像，利于整體空間規(guī)劃。環(huán)型則能較好地保持用氣點壓力的穩(wěn)200mmFAB廠房很大，管線較長，而工藝氮氣用氣點較多，有一些用氣點對壓力要求也較高，因此對工藝氮氣管路系統(tǒng)特別承受了樹枝型與環(huán)型相結合的方式〔圖4，環(huán)型主管主要保證用氣點的壓力穩(wěn)定，其管徑可小于樹枝型主管的管徑，從而降低本錢。配管系統(tǒng)的靈敏性設計微電子行業(yè)的進展格外快速，常常會發(fā)生工藝設備更、挪位和增等狀況。即使在整個工廠的其靈敏性〔Flexibility，能滿足將來的擴展需求。配管系統(tǒng)的根本設計原則是在主管Main〕上按確定間距設置支管端Branch上按確定間距設置分支管〔BranchTake-off〕供二次配管使用。另外，主管的管徑不必隨流量的遞減而實行漸縮設計。廠建設的第一階段，設計產(chǎn)量往往不是很高，用氣點也不是很多，尤其是氫、氬、氧、氦的用氣點就更少。因此必需考慮如何來簡化該配管系統(tǒng)以降低本錢。下面以圖5為例，對一些典型的工況作分析：工況一：支管I中，用氣點ab均在該支管的最遠端，因此無法作簡化。即使cd處目前暫無用氣點，但還是應當設置分支管和閥門，以備將來之用。工況二：支管II中，用氣點ef的遠端沒有其它的用氣點，則支管線可以分別在ef點后完畢。留意，支管的終端閥必需帶排氣口，以供管線延長使用。工況三：支管III的二端都沒有用氣點，則只在該二端安裝帶排氣口的隔膜閥，以備將來之用。值得留意的是，工況三在設計中往往會被無視。另外，主管和支管的終端閥宜承受帶排氣口的隔膜閥，利于今后可能的擴展。管徑的設計計算管徑的選擇是基于氣體流量的大小，同時也不能無視氣體的壓力值對計算的巨大影響。另外，管8m/s。在芯片廠的設計中，工藝設備的用氣量往往會有二個數(shù)值，一個是峰值〔Peak，一個是均值〔Averag中以何種流量作為基準呢？筆者在此給出一些自己的設計閱歷，以供參考：首先，芯片廠中工藝設備的運行方式是間歇式的。在某一設備的運行過程中，會有短暫片刻的用是幾何級的差異。對主管而言，可以將全部工藝設備峰值流量的總和乘上系數(shù)〔一般為0.7-0.8〕,來作為流量值,這樣計算得到的管徑根本上可以滿足供氣需求。由于不行能FAB中全部的工藝設備在同一時刻同時到達用氣峰值,因此沒有必要承受峰值總流量作為計算依據(jù),過大的管徑只能是鋪張金錢。對于支管乃至分支管而言，則需要依據(jù)實際狀況作具體分析。假設某分支管用氣點較多，則可以沿用主管的處理方法；假設用氣點不多，甚至只有一個，則還是以用氣點的總峰值流量來計算較為穩(wěn)妥。配管系統(tǒng)的選材對于工藝氣體而言，由于在芯片生產(chǎn)中需要與芯片接觸并參與反響，因此需選用經(jīng)電解拋光〔Electro-Polish〕316LSS316LEP管，其耐腐蝕性好，外表粗糙度低，Ramax〔最大外表粗糙度〕<0.7微米。光滑的外表使顆粒無從吸附滯留，從而保證氣體的純度。對一般氮氣而言，由于其并不作為制程中的反響氣體，可以選用經(jīng)光輝燒結〔BrightAnneal〕316LSS316LBA管，也可以承受經(jīng)化學清洗〔ChemicalClean〕316LSS316LCCRamax3-6微米。其它設計要點在設計中還應遵循國內其他相關標準，如《干凈廠房設計標準計標準》等，其中主要的設計要點有：在主管末端要設計氣體取樣口，對于氫氣和