在技術先進的制造業(yè)中，多種工藝氣體已成熟應用到生產制造潔凈車間、研發(fā)實驗室等工況當中，例如一個大規(guī)模集成電路潔凈工廠大約要使用50種不同氣體。本文就特殊氣體系統(tǒng)做一個簡單介紹。

一：概念

特氣輸送系統(tǒng)，是指將特種氣體從氣源端、根據(jù)工藝設備的工藝需求、通過對流量和壓力等參數(shù)的控制，通過管道、無二次污染、穩(wěn)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→VMB→用氣點

二：分類

特種氣體根據(jù)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(jù)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(tǒng)的選擇

1. 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(xù)性供氣，對氣體供應系統(tǒng)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）。輸送系統(tǒng)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(tǒng)，有些甚至用單瓶系統(tǒng)。 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(tǒng)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(tǒng)。簡單供氣系統(tǒng)通常存在安全隱患。

 

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)。對氣體純度控制的要求不苛刻，系統(tǒng)配備在滿足安全的前提下盡量簡單，節(jié)省投資。

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(tǒng)根據(jù)氣體性質進行分類。  

           

3.大宗特氣供氣系統(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SIH4、CL2、NH3、NF3）等、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，采用最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(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，多采用獨立的氣體房，獨立的抽風系統(tǒng)。

四：氣體房的選擇和設計

除了簡單的供氣系統(tǒng)以外，特氣房一般都獨立于主場房而單獨建設，其規(guī)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(guī)供氣系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)的設計

1.材料的選擇

特氣管路系統(tǒng)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，采用經過特殊處理的耐腐蝕強的EP管 。

2.主管路系統(tǒng)的設計

在確定好氣體房和用氣點以后,主管路系統(tǒng)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(tǒng)的數(shù)量和管徑的大小一般根據(jù)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(tǒng)。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，周圍有危險源和經常有危險作業(yè)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，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(jié)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(qū)設計，即整個管道系統(tǒng)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(tǒng)中由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(tǒng)的設計

氣體柜或控制面板在安裝和運輸?shù)倪^程中由于搬運和震動，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氦檢，氣體的置換也需要用到高壓氮氣或氦氣，所以特氣柜需設計接入高壓惰性氣體氦氣或氮氣。一般選擇在特氣房設置一臺或多臺惰性氣體柜