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，潔凈行業對潔凈度的要求愈發嚴格，對氣源及氣體管路的檢測規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，經過一段時間后，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，經過一段時間后檢查是否有壓降現象，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、打開面板閥門及調節器。
4、將所有待測管路Take off端的接頭用測試的管子串聯起來，并于一端連接記錄器。
5、沖入測試介質PN2，使管路內壓力達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，持續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值及結束時的數值，時刻觀察測漏機讀數的變化。
5、若未引起報警，示數在范圍之內，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 測試開始數值                  圖2-6 測試結束數值

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）
在半導體的生產中，particle是造成良率不高的原因之一，尤其在現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控的范圍內)，測試儀器會通過內部產生的激光照射該測試氣體，再通過內部的計數裝置進行分類計數，從而得出該取樣氣體的顆粒測試值。 測試儀器的測試規格值有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3min內都合格，才是有效值。在測試過程中，如若遇到檢測數據不合格，則當次數據作廢，重新檢測一次，直至合格。若排除管路原因，數據仍不達標，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，直至讀數下降到50ppb以下。

           圖4-1 水分分析儀                    圖4-2 水分測試終了數據

五、氧含量分析（Oxygen Analyzer）
   O2和H2O一樣，也會和Si產生化學反應生成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 氧分測試終了數據 

    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，數據都降不下來，此時應考慮主管路及氣源的情況，以免長時間做無用功。