各种阀门及配件.docx

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各种阀门及配件

一、大宗气体的制造：

1）CDA/ICA（CleanDryAir）洁净干燥空气：

CDA之来源取之于大气经压缩机压缩后除湿，再经过滤器或活性炭吸附去除粉尘及碳氢化合物以供给无尘室CDA/ZCD。

CDASystem:

空气压缩机à缓衡储存槽à冷却干燥机à过滤器àCDA

2）GN2：

利用压缩机压缩冷却气体成液态气体。

经触媒转化器，将CO反应成CO2，将H2反应成H2O，再由分筛吸附CO2、H2O，再经分溜分离O2&CnHm。

N2=-195.6°C，O2=-183°C

3）PN2：

将GN2经由纯化器（Purifier）纯化处理，产生高纯度的N2。

一般液态原氮的纯度为99.9999%，经纯化器纯化过的氮的纯度为99.9999999%

4）PO2：

经压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99%以上纯度之O2，再除去N2、Ar、CnHm。

另外可由电解方式解离H2&O2

5）Par：

经压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0%以上纯度之氩气。

因Ar在空气中含量仅0.93%。

生产成本相对较高。

6）PH2：

经压缩机压缩冷却气体成液态气体，经二次分溜获得99.0%以上纯度之H2。

另外可由H2O电解解离H2&O2。

制程廉价但危险性高易触发爆炸。

7）PHe：

由稀有富含He的天然气中提炼，其主产地为美国及俄罗斯。

利用压缩机压缩冷却气体为液态气体，易由分溜获得。

Helium=-268.9°C，Methane（甲烷）=-161.4°C

二、大宗气体在半导体厂中的用途

1）CDA主要供给FAB内气动设备动力气源及吹净（Purge）,LocalScurruber助燃。

2）ICA主要供给厂务系统气动设备动力气源及吹净。

3）N2主要供给部份气动设备气源或供给吹净、稀释惰性气体环境及化学品输送压力来源。

4）O2供给ETCH制程氧化剂所需及CPCVD制程中供给氧化制程用，供给O3Generator所需之O2供应及其他制程所需。

5）Ar供给Sputter制程，离子溅镀热传导介质，Chamber稀释及惰性气体环境。

6）H2供给炉管设备燃烧造成混氧环境，POLY制程中做H2BAKE之用。

W-PLUG制程中作为WF6之还原反应气体及其他制程所需。

7）He供给化学品输送压力介质及制程晶片冷却。

8）BulkGas虽不像SpecialtyGas，有的具有强烈的毒性、腐蚀性。

但我们使用大宗气体时仍需要注意安全。

GN2、PN2、PAr、PHe具有窒息性的危险，这些气体无色无味，若大量泄出而导致空气中含O2量（一般为21%），减少至16%以下时，即有头痛与恶心症状。

当O2含量少至10%时，人将陷入意志不清状态，6%以下，瞬间昏倒，无法呼吸，6分钟以内即死亡。

PH2因泄漏或混入时，其本身之浓度只要在H2之爆炸范围（4%-75%）内（相对空气），只要一有火源此气乃会因相混而燃烧。

PO2会使物质易于氧化产生燃烧，造成火灾的不幸事件。

因此，身在半导体厂工作的我们，在设计上，施工中，如何避免泄漏、如何防患，则是我们努力工作之一。

三、特气/SpecialtyGas

半导体厂所使用的SpecialtyGas种类繁多，约有四、五十种，依危险性可分为以下数类：

1）易燃性气体：

有些气体当因泄漏或混入时，其本身之浓度只要在某一范围内（相对空气），只要一有火源，此气体乃会因相混而燃烧。

此称为该气体之爆炸范围。

如：

SiH41.35%-100%SiH2CL24.1%-98.8%PH31.32%-100%

2）低压性气体：

有些气体常态下为粘稠液态气体，室温的饱和蒸汽压均小于10Psi，易造成管线阻塞，需包加热套，提高气体蒸汽压，才能充分供应气体。

如：

DCS、CLF3、WF6

3）毒性气体：

有些气体由于其反应性很强，对动物（含人类）的呼吸、粘膜、皮肤等功能有强烈影响。

如：

NF3,PH3

4）腐蚀性气体：

有些气体与水分一作用，即水解后产生HCL或HF等酸化物，对人体（包含眼睛、鼻子、皮肤、呼吸系统等）及设备（如管路及阀件）多少有腐蚀作用。

此气体有下列：

a）HCL、CL2、SiH2CL2、BCL3等含CL元素的气体---HCL

b）BF3、SiF4、WF6含F元素---HF

c）NH3---氨水极刺激性

5）窒息性气体：

如：

CO2、CF4、C2F6等气体，无臭无味。

若大量泄出而相对致空气含O2量减少至16%以下时，即有头痛与恶心症状。

当O2含量少至10%时，人将陷入意志不清状态，6%以下，瞬间昏倒，无法呼吸，6分钟以内即死亡。

6）自燃性气体：

有些气体，一与空气相混，即使没有火源也会自燃起火。

此称为自燃气体。

一般其起火点在常温以下。

此气体有：

SiH4、PH3、B2H6等

四、半导体配管材料及阀件简介

1.管材

1）依材质分类管材可分为：

a）SUS304

b）SUS316

c）SUS316L

d）其差异在于SUS316增加钼（Mo）金属，改善其机械性质。

L则表示材料降低含C量，增加含镍（Ni）量。

2）依规格分类可分为：

a）日规（JIS）：

PIPESIZE

b）美规（ASTM）：

TUBESIZE

3）依表面处理方法分类，主要是下面几类：

a）AP酸洗或钝化（Anealed&Pickled&Passivated/ChemicallyPolished）简称AP和CP。

管道经过酸洗或钝化，不会提高表面粗糙度，但可去除表面残存的颗粒，降低能量水平，但不会减少介层数量

b）BA：

光亮烧钝（BrightAnnealing）简称BA。

在加氢或真空状态高温热处理，一方面消除内部应力，另一方面在管道表面形成一层钝化膜，以改善形态结构，减少能量水平，但不会提高表面粗糙度。

c）EP（Electrolyticpolished）级：

电解抛光管。

电化抛光（Electro-Polished）简称EP。

通过电化学抛光，可以极大地提高表面形态及结构，使表层实际面积得到最大程度的减少。

表面是一层封闭的、厚厚的氧化铬膜，能量接近合金的正常水平，同时介质数量也会降为最少。

ＥP管内表面粗糙度为Ｒａ10μin,其中又有两个等级，Ｒａ5μin和Ｒａ10μin，以5μin的管道等级最高。

EP管一般使用在等级要求较高的场合，所有进入到制程设备腔体的气体输送管道均建议使用

d）注意：

影响管子价格之因素最为重要之决定因素在表面处理之方法，其价格之高低顺序EP>BA>AP。

4）依厚度来区分：

一般厚度之规格有SCH5S、SCH10S、SCH20S、SCH40S。

5）依管材制程可分：

a）SINGLEMELT

b）DOUBLEMELT（目的在于降低管内杂质及增加腐蚀性）

c）例：

VIM+VAR（SUMKIN之专利代称），VIM—VACUUMINDUCTIONMELTING，VAR—VACUUMARCREMELTING

6）管材又可分为有缝、无缝两种。

2.配件

1）材质同管件。

（EP/BA…）

2）常用种类：

a）Nut+Gland+Gasket

b）Elbow、Tee、Reducer

c）Cap、Plug

d）Connector接头

e）卡套配件

3）形式及规格：

a）一般可分为VCR（1/8圈）/SWG（1¼圈）/Welding/螺牙街头/Flange，尺寸从1/8”-1”（VCR/SWG）及1/4”—300A（Welding/Flange）皆有。

又分短接头SCM（micro）or长接头SCL（long）&SCF

4）常用厂牌：

KITZ/HAM-LET/IHARA/SWAGELOK/FUJIKIN

5）焊接管件接头（焊接三通，弯头，变径管等）

由于这些接头的技术含量不象生产EP管材那样高，能够提供这种接头的厂商很多，特别是近几年韩国和台湾的此类产品发展很迅猛，占驻很大的市场份额，打破了由原来少数几家垄断的局面。

品牌：

Swagelok、Hamlet、Valex、TK、Asflow等

6）VCR接头

品牌：

Swagelok、Hamlet、Valex、TK、Asflow等

安装说明

7）卡套接头

与上同，主要推荐品牌有：

Hamlet、Swagelok

卡套接头的形式和VCR接头形式比较：

前者连接比较简单和经济，不需要焊接，也不需要密封垫片，但密封程度不如后者。

后者可通过１310-9atm.sccm/s漏率下的氦检漏，而前者通过可通过１310-6atm.sccm/s漏率下的氦检漏。

3.阀件

1）材质同管材

2）手动阀（ManualValve）:

球阀（BallVavle1/4”--3/4”）波纹管阀（BellowsValve1/4”--大尺寸，用于高压优）隔膜阀（DiaphragmValve1/4”—1”用于低压优）

3）气动阀（AirValve）：

a.利用气源控制阀体开或闭，已达到自动控制的目的，气动阀本身有长开（NormallyOpen//N.O.）于长闭（NormallyClose//n.c.）二种，较常选用为N.C.。

气动阀的作动形式分为：

隔膜式气动阀（AirOperatedDiaphragmValve）一般<3000psi，波纹管气动阀（PneumaticActuatedBellowsValve）一般>300psi

4）逆止阀（CheckValve）:

又称单向阀、止回阀，主要功能为维持管路气体（流体）单向流向，防止因逆流造成之损害。

5）泄压阀（ReliefValve）:

又称安全阀，其功能为维持系统一定压力，当压力超过安全设定压力时，便会经由泄压阀排出。

6）调压法（Regulator）:

又称减压阀，主要功能是将气体由高压进口端（HP）,调整成使用压力，再由出口端（LP）流至管路或设备。

调压法因应使用气体、管路设备要求，可区分两大类：

a）一般工业用Instrument（禁油处理OilFree）,适用气体一般纯度、无腐蚀性、无毒性、无易燃性（如N2,He,CDA,Ar……）

b）半导体HighPurity（BA/EP处理），适用气体高纯度、具腐蚀性、具毒性、易燃性（如H2,HCL,H2/N2……）

7）常用厂牌：

KITI/OHNO/IHARA/MOTOYAMA/NUPRO

8）球阀

主要用于非工艺气体，或纯度要求不高（非腐蚀性）气体，如压缩空气，普通氮气，普通二氧化碳等。

一般都做成卡套式接口。

特点是可通过的流量大，但球阀的开关容易产生颗粒或脏污从而影响纯度，密封性能不及隔膜阀。

推荐品牌：

Hamlet、Swagelok、Ohno、Vista、Superlok

9）隔膜阀

主要用于工艺气体，纯度要求比较高的场合，利用折皱式不锈钢膜片来做开关元件，同时可对阀体内表面进行电抛光（即EP处理），而且，对高压气体可增加膜片数来增加耐压性，对于用在腐蚀性气体如Cl2、HCl等的阀件，可对内表面和膜片进行耐蚀处理，所以广泛用于所有工艺气体。

缺点是由于膜片的折皱空间的限制，阀内腔体较小，需求流量较大时不宜选用，所以，特别是大尺寸的隔膜阀很少见，一般隔膜阀做到3/4”以下。

3/4”以上一般用波纹管阀。

推荐品牌：

对于气柜，VMB（阀箱）等较重要的场合，推荐使用Swagelok、Aptech

对于惰性气体，或大宗高纯气体分支管道可用：

Swagelok,Aptech,Ohno,HMJ,Fujikin等品牌。

10）波纹管阀

分大口径和小口径波纹管阀两种。

小口径的波纹管阀主要用于低蒸汽气体供气，或流量需要较大且在同尺寸的隔膜阀不能满足时使用。

如：

WF6,BCl3,C5F8等，此类气体饱和蒸汽压较低，在钢瓶中呈粘滞性较强的液体状，在输送管道中遇冷时会重新凝结，甚至堵塞输气管道，采用波纹管阀较不易堵塞。

此外可对波纹管阀内表面进行电抛光和耐蚀处理，也可做成高压形式。

推荐品牌：

　Swagelok

大口径的波纹管阀主要用于输送大宗气体的主管道，内表面可进行电抛光，用于输送高纯工艺大宗气体，由于阀内腔体较大，可输送较大流量。

下图中，手柄象汽车方向盘的阀是大流量波纹管阀。

可推荐品牌：

OHNO,Carten等

11）针阀

可以调节气体流量，也可作为截止阀，主要用于非工艺气体，工艺气体少用。

（要求较高的工艺气体流量调节可选用质量流量计）。

4.调压阀

用于减压和调节气体介质压力的元件。

分为工业级别和EP级。

工业级减压阀主要用于压缩空气，普通氮气等非工艺气体，或工艺要求不太高的工艺气体，接口形式一般为NPT内螺纹的形式。

1）材质同管件

2）座架材质：

PCTFE、SS316L、Kel-F81

3）常用种类：

a）高压/低压/一般压力

b）2P无表头/3Por4P单表头或双表头

c）VCR/SWG/Flange

4）注意：

a）BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级/VCR或SWG，1/4”—R25系列3/8”—R35系列1/2”—RH1系列

b）SpecialtyGas：

毒性/易燃性/惰性气体：

316LEP—L25orR25系列；腐蚀性气体：

VIM+VAR—L25SVA系列；低压性气体：

需选择可调负压的类型（type）-L96SSA系列

EP级减压阀广泛应用于所有工艺气体，内表面可进行电抛光。

同时可根据不同的气体性质，对内表面和膜片进行必要的耐蚀处理，并根据不同介质气体可选用不同的阀座密封材料。

此外，根据膜和移动提升阀的结构形式可分为系杆薄膜（tieddiaphragm）和非系杆薄膜（non-tieddiaphragm）减压阀。

对于高压、危害性气体要求选用系杆薄膜结构的减压阀，增强安全性。

主要接口形式为VCR接口和焊接接口。

推荐品牌：

Aptech,Parker,Tescom,Tanaka,Crown

原理说明：

5.压力表及传感器

1）常用种类区别：

a）PressureGauge（PG）压力表头，指针式、C122

b）PressureSwitch（PS）压力开关，指针式，带传输线，IPS122

c）DigitalPressureGauge（PID）电子式压力表头

d）PressureTranaducer（PT）压力传送器

2）压力范围大致可分为：

a）高压（0—3000Psi）

b）低压（-30”Hg—0—30Psi）

c）-30”Hg—0—160Psi

3）常用电源：

a）24VDC4—20MaDC

主要有：

指针式压力表、指针式压力开关、压力传感器、差压计等

指针式压力计有NPT接口和VCR接口之分，前者主要作为工业级别使用，用于压缩空气、普通氮气等，后者则主要用于高纯工艺气体。

指针式压力开关：

当压力超过或低于设定压力时，给出信号，产生报警、切换或关断气源的动作。

压力传感器：

与前两者不同在，后者传递的是数字压力信号给本地显示器，或传到PLC,然后执行各种动作。

非常精准，主要用于全自动气柜。

差压计：

用于测量箱体的抽风压力，即箱内外的压差（图片暂缺）。

6.过滤器

1）功能：

过滤空气中的微粒子（particle）

2）过滤等级选择，即滤径尺寸（particlesize）,可分为：

0.01um/0.03um/0.003um（微米）

3）流量（FlowRate）分一般流量及大流量30slpm/100slpm/300slpm/1500slpm

4）Connectingtype:

VCRorSWGorWelding

5）一般常用滤片材质：

过滤效果

防漏性

抓取率

抗腐蚀效果

PTFE（F）

好

不好

>10.8

N/A

SS316L（M）

很好

好

6.2

很差

Nickel（Ni）

很好

很好

>10.8

好

过滤器。

根据过滤精度分有初效过滤器和高效过滤器。

初效过滤器有0.5μ、0.1μ、0.01μ等不同的过滤精度。

而半导体制程的工艺过滤器过滤精度均要求为0.003μ的高效过滤器.

按过滤器的结构分为：

滤壳滤芯一体式、滤壳+滤芯分体式、垫片式过滤器。

前者主要做成小流量过滤器（也有做成大流量过滤器），接口形式有焊接接口、卡套接口和VCR接口形式之分。

后者主要作成大流量过滤器，耐压不高，一般在20公斤以下，主要用于大宗工艺气体主管道，滤芯可更换。

在波纹管阀图中一并展示了滤壳+滤芯的大流量过滤器图片（见前波纹管阀介绍图片），现展示滤壳滤芯一体式小型工艺过滤器图片。

推荐品牌：

Mykrolis,Pall,Mott等

垫片式过滤器主要是粗精度过滤器，过滤精度一般为0.5μ。

主要用于保护减压阀，内置于减压阀进口，防止大颗粒进入减压阀造成减压阀失效，从而损坏低压侧元件或设备，造成人员和财产的重大损失。

7.流量控制元件

流量控制元件主要有:

浮子流量计、质量流量计（FMC）、过流开关（EFS）、单向阀、真空发生器。

浮子流量计主要用于普通气体的流量调节，如普通氮气；推荐品牌：

Dwyer等

质量流量计主要用于工艺设备进入腔体的工艺气体流量控制；推荐品牌：

Mykrolis,Brook等

过流开关是在管道内流量过大时，输出信号做报警或切断气源动作，主要用于气柜；推荐品牌：

Aptech、Swagelok

单向阀即正向导通，反向截止，主要用于气柜和工艺设备Gas-box;推荐品牌：

Hamlet,Nupro,Aptech，Parker等

真空发生器是用通过喷射原理产生真空，主要用于气柜换气置换的元件。

推荐品牌：

Carten,Aptech

8.选用材料依据

1）气体种类、气体特性:

影响材料使用的等级：

AP/BA/EP/V+V（VIM+VAR）

2）业主需求及预算：

注意有无指定厂牌或规格

3）依机台所需用量及本身接点选定料件尺寸：

影响材料使用的尺寸：

1/4”、3/8”、1/2”、15A

4）依机台所需压力及流量不同选择材料形式：

选用压力范围适合及流量适合之阀件。

（1/4”—3/4”）

5）视盘面组装选择料件接头形式：

VCR—ForM;SWG;Welding

6）操作温度，成本

9.二次阀盘组之形式：

1）SpecialtyGas（无盘组，由VMB/VMP取代）

2）BulkGas：

a）EP级由DiaphragmValve+Regulator+Gauge+Filter组

b）BA级由BallValve+Regulator+Gauge组成

3）注意：

配管时有关闭二次盘组Parts之构造须与业主讨论后才能定案。

对HOOK-UP专业知识的基本认识

在半导体厂，所谓气体管路的Hook-up（配管衔接）以BulkGas（一般性气体如CDA、GN2、PN2、PO2、PHE、PAR、H2等）而言，自供气源之气体储存槽出口点经主管线（MainPiping）至次主管线（Sub-MainPiping）之TakeOff点称为一次配（SP1Hook-up），自TakeOff出口点至机台（Tool）或设备（Equipment）的入口点，谓之二次配（SP2Hook-up）。

1）主管路（Main）为由气体的起始流出点（Gasyard）至无尘洁净室中的第一组分支阀（MainLine）为止。

2）次主管（Submain）乃指由无尘洁净室中之第一组分支阀至第二组分支阀（SubmainLine）止。

第二条管线由第二组分支阀开始至pointofuse分支点。

以SpecialtyGas（特殊性气体如：

腐蚀性、毒性、易燃性、加热气体等之气体）而言其供气源为气柜（GasCabinet）。

自G/C出口点至VMB（ValveMainfoldBox。

多功能阀箱）或VMP（ValveMainfoldPanel多功能阀盘）之一次测（Primary）入口点，称为一次配（SP1Hook-up），由VMB或VMPStick之二次侧（Secondary）出口点至机台入口点谓之二次配（SP2Hook-up）。

拆装接头务必使用合适尺寸规格之开口扳手，扳手不得有缺陷或损伤，使用活动扳手亦须调整在适当之开度，且须两把扳手共享，一把固定、一把使力。

在逼紧使力和在锁紧状态欲松开时，两把扳手间之开度也须适当，以单手手掌同时压两扳手，另一手掌辅助使力，力道要适中。

衔接接头时应注意公、母牙是否完全对准，先用手指旋转紧再用扳手上紧。

管路安装

管路测试