氣體管路五項測試流程介紹

 
     摘要：隨著技術的革新，新版GMP的實施，潔凈行業(yè)對潔凈度的要求愈發(fā)嚴格，對氣源及氣體管路的檢測規(guī)格都有了更高的要求。氣體管路的外觀應符合大眾審美的要求，管內(nèi)的各項測試則需通過相關測試來進行。氣體管路的五項（壓力、氦測漏、含塵量、水分、氧分）測試，是目前管道測試較為先進、全面的一種測試方法。
關鍵詞：氣體管路、保壓、氦檢、particle、水分、氧分
大宗氣體的五項測試中保壓和He檢漏是針對安全性而做的測試，而顆粒度、水分和氧份測試則是針對氣體的品質(zhì)性所做的測試。下表為其測算標準。

表1 測算標準
 
    一、保壓測試（Pressure） 
保壓測試的目的在于保證管道系統(tǒng)或設備連接在設定測試壓力的條件下沒有泄露點。保壓除了可以檢查管路、接頭是否有泄漏之情形外，還可以利用高于工作壓力之氣體壓力保持在一段封閉管路內(nèi)，經(jīng)過一段時間后，可偵測出管路焊道上是否有沙孔（沙孔會因過高的壓力而造成泄漏）以及銜接點是否可承受如此高的壓力而不至泄漏，以確保所有人員的安全。其原理是將待測管路通入PN2（因為PN2相對廉價），使其壓力達到管路正常使用壓力的1.15倍或是7至9公斤之間，在一端接上記錄器，經(jīng)過一段時間后檢查是否有壓降現(xiàn)象，若無則表示該管路已通過保壓測試，反之，則檢查壓降之原因，并在原因排除后再做一次保壓測試，直到*沒有泄漏為止。
     測試步驟：
1、對照管路施工圖，核對管路連接是否正確。
2、將面板入口端的接頭松開，出入口兩端用新的墊片銜接上，并將進機臺端的接頭蓋上。
3、打開面板閥門及調(diào)節(jié)器。
4、將所有待測管路Take off端的接頭用測試的管子串聯(lián)起來，并于一端連接記錄器。
5、沖入測試介質(zhì)PN2，使管路內(nèi)壓力達0.7~0.9MPa，并檢查所有壓力表頭是否有壓力。
6、對所有的接頭用檢漏液作初步的測漏。若接口無明顯氣泡，壓力未有超出允許范圍之變化，則開始記錄時間與壓力讀數(shù)，持續(xù)24h。

                   圖1-1 圓盤保壓開始                                    圖1-2 圓盤保壓資料
 
壓力測試結果會受溫度的影響，在測試過程中要注意溫度的變化及對溫度的紀錄，如溫度偏差較大，則需要進行必要的補償修正計算。
二、氦測漏（He Leak Test）
氦測漏的主要方法有：噴吹法、吸入法、氦罩法和背壓法。在南京熊貓項目，使用的是真空噴氦的方式。He檢漏儀具有操作簡便、準確可靠、安全高效、成本較低、用途廣泛等特點，而氦氣的分子非常小，僅次于氫氣，可偵測出非常小的漏點。工藝上對于純度要求高的氣體一般都需做氦檢，甚至要求氣體管路的漏率在每秒10*e-10CC才可以送氣通常氣體的漏率我們要求在1.0*e-9 cc.atm/sec以上。 

圖2-1 連接管路                    圖2-2 抽吸真空

測試步驟：
1、將真空泵接好電源，熱機10min。
2、連上待測管路，開始抽真空。
3、漏率達到業(yè)主及廠商要求時，對測試管路的焊道及接頭噴吹氦氣。
4、記錄最開始測試的數(shù)值及結束時的數(shù)值，時刻觀察測漏機讀數(shù)的變化。
5、若未引起報警，示數(shù)在范圍之內(nèi)，則表示氦檢合格。測試結束后需暖機10min后切斷電源。
 

  圖2-3 對接頭噴氦氣                 圖2-4 對焊縫噴氦氣

 圖2-5 測試開始數(shù)值                  圖2-6 測試結束數(shù)值

對待測點噴氦氣的原則是由近而遠，由上而下。噴完氦氣后必須經(jīng)過一段氦測漏機的反應時間，待確認沒問題后才可開始噴吹下一個測試點。氦檢測試完成后，必須對工藝管道進行充壓，以避免系統(tǒng)負壓吸入大量不純物。充壓氣體必須為高純氣體，回充壓力應參照設備用氣壓力，常規(guī)回充后壓力宜為7~9公斤，即0.7MPa~0.9 MPa,這時方可斷開被測管道。
三、顆粒含量分析（Particle Analyzer）
在半導體的生產(chǎn)中，particle是造成良率不高的原因之一，尤其在現(xiàn)在的制程越來越小的情況下，若管路中含有過多的particle，會造成晶片的良率大大下降 。 為此，在設備生產(chǎn)前必須對管路進行particle測試。
particle測試的原理是將被測氣體連接到測試儀器，如氣流中有顆粒(該顆粒在測試儀器可以監(jiān)控的范圍內(nèi))，測試儀器會通過內(nèi)部產(chǎn)生的激光照射該測試氣體，再通過內(nèi)部的計數(shù)裝置進行分類計數(shù)，從而得出該取樣氣體的顆粒測試值。 測試儀器的測試規(guī)格值有8個：0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0;單位為um。 
            

圖3-1 particle count 儀                 圖3-2 particle測試結果

測試步驟：

1、先將待測管路預吹1小時以上。
2、將待測管路銜接至particle count儀進氣端。
3、打開電源，預熱數(shù)分鐘，并將出氣閥門打開。
4、開始測試，若合格，當即將測試結果打印出來。
測試的結果，要連續(xù)3min內(nèi)都合格，才是有效值。在測試過程中，如若遇到檢測數(shù)據(jù)不合格，則當次數(shù)據(jù)作廢，重新檢測一次，直至合格。若排除管路原因，數(shù)據(jù)仍不達標，則應檢查其氣源是否合格。
 
四、水含量分析（Moisture Analyzer）
H2O和晶片中的Si會產(chǎn)生化學反應，生成二氧化硅，影響晶片厚度，因此對氣體中的水分含量必須加以控制。水分的測試是利用純度較高的PN2對待測管路進行長時間的purge（清除，吹掃），將水氣帶離管路，并在一端接上分析儀器，直至儀器顯示的含水量濃度達到測算標準。
測試步驟：

1. 預吹待測管路，至少4h。（預吹時間越長，測試時間越短）

2. 將待測管路銜接至測試儀。

3. 打開電源，開始測試，直至讀數(shù)下降到50ppb以下。

           圖4-1 水分分析儀                    圖4-2 水分測試終了數(shù)據(jù)

五、氧含量分析（Oxygen Analyzer）
   O2和H2O一樣，也會和Si產(chǎn)生化學反應生成SiO2，從而影響晶片厚度，因此管路中的氧分也必須進行檢測。其原理和測試步驟與水分檢測相同，測算標準為0.05ppm以下。
     

            圖5-1 氧分分析儀                       圖5-2 氧分測試終了數(shù)據(jù) 

    氧分和水分的檢測一般同時進行，耗時一般在8h左右。若氣源及管路非常理想，所耗時間就有可能會大大縮短。有時水分、氧分測了長達24h后，數(shù)據(jù)都降不下來，此時應考慮主管路及氣源的情況，以免長時間做無用功。