气体管路五项测试流程介绍

 
     摘要：随着技术的革新，新版GMP的实施，洁净行业对洁净度的要求愈发严格，对气源及气体管路的检测规格都有了更高的要求。气体管路的外观应符合大众审美的要求，管内的各项测试则需通过相关测试来进行。气体管路的五项（压力、氦测漏、含尘量、水分、氧分）测试，是目前管道测试较为先进、全面的一种测试方法。
关键词：气体管路、保压、氦检、particle、水分、氧分
大宗气体的五项测试中保压和He检漏是针对安全性而做的测试，而颗粒度、水分和氧份测试则是针对气体的品质性所做的测试。下表为其测算标准。

大宗气体管道测算标准
gas type	GN2	CDA	PN2	PO2	PHe/PAr
压力测试	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A
Helium Leakage Test	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A
O2 ppm	N/A	N/A	≦0.05	N/A	≦0.05
H2O ppb	N/A	N/A	≦50	≦50	≦50
particle(pcs/scf)	≧0.3μm/≦10	≧0.3μm/≦100	≧0.1μm/≦1	≧0.1μm/≦1	≧0.1μm/≦1
测试用气	GN2	CDA	PN2	PN2	PN2

表1 测算标准
 
    一、保压测试（Pressure） 
保压测试的目的在于保证管道系统或设备连接在设定测试压力的条件下没有泄露点。保压除了可以检查管路、接头是否有泄漏之情形外，还可以利用高于工作压力之气体压力保持在一段封闭管路内，经过一段时间后，可侦测出管路焊道上是否有沙孔（沙孔会因过高的压力而造成泄漏）以及衔接点是否可承受如此高的压力而不至泄漏，以确保所有人员的安全。其原理是将待测管路通入PN2（因为PN2相对廉价），使其压力达到管路正常使用压力的1.15倍或是7至9公斤之间，在一端接上记录器，经过一段时间后检查是否有压降现象，若无则表示该管路已通过保压测试，反之，则检查压降之原因，并在原因排除后再做一次保压测试，直到完全没有泄漏为止。
     测试步骤：
1、对照管路施工图，核对管路连接是否正确。
2、将面板入口端的接头松开，出入口两端用新的垫片衔接上，并将进机台端的接头盖上。
3、打开面板阀门及调节器。
4、将所有待测管路Take off端的接头用测试的管子串联起来，并于一端连接记录器。
5、冲入测试介质PN2，使管路内压力达0.7~0.9MPa，并检查所有压力表头是否有压力。
6、对所有的接头用检漏液作初步的测漏。若接口无明显气泡，压力未有超出允许范围之变化，则开始记录时间与压力读数，持续24h。

                   图1-1 圆盘保压开始                                    图1-2 圆盘保压资料
 
压力测试结果会受温度的影响，在测试过程中要注意温度的变化及对温度的纪录，如温度偏差较大，则需要进行必要的补偿修正计算。
二、氦测漏（He Leak Test）
氦测漏的主要方法有：喷吹法、吸入法、氦罩法和背压法。在南京熊猫项目，使用的是真空喷氦的方式。He检漏仪具有操作简便、准确可靠、安全高效、成本较低、用途广泛等特点，而氦气的分子非常小，仅次于氢气，可侦测出非常小的漏点。工艺上对于纯度要求高的气体一般都需做氦检，甚至要求气体管路的漏率在每秒10*e-10CC才可以送气通常气体的漏率我们要求在1.0*e-9 cc.atm/sec以上。 

图2-1 连接管路                    图2-2 抽吸真空
测试步骤：
1、将真空泵接好电源，热机10min。
2、连上待测管路，开始抽真空。
3、漏率达到业主及厂商要求时，对测试管路的焊道及接头喷吹氦气。
4、记录*开始测试的数值及结束时的数值，时刻观察测漏机读数的变化。
5、若未引起报警，示数在范围之内，则表示氦检合格。测试结束后需暖机10min后切断电源。
       
      图2-3 对接头喷氦气                 图2-4 对焊缝喷氦气

    图2-5 测试开始数值                  图2-6 测试结束数值
对待测点喷氦气的原则是由近而远，由上而下。喷完氦气后必须经过一段氦测漏机的反应时间，待确认没问题后才可开始喷吹下一个测试点。氦检测试完成后，必须对工艺管道进行充压，以避免系统负压吸入大量不纯物。充压气体必须为高纯气体，回充压力应参照设备用气压力，常规回充后压力宜为7~9公斤，即0.7MPa~0.9 MPa,这时方可断开被测管道。
三、颗粒含量分析（Particle Analyzer）
在半导体的生产中，particle是造成良率不高的原因之一，尤其在现在的制程越来越小的情况下，若管路中含有过多的particle，会造成晶片的良率大大下降 。 为此，在设备生产前必须对管路进行particle测试。
particle测试的原理是将被测气体连接到测试仪器，如气流中有颗粒(该颗粒在测试仪器可以监控的范围内)，测试仪器会通过内部产生的激光照射该测试气体，再通过内部的计数装置进行分类计数，从而得出该取样气体的颗粒测试值。 测试仪器的测试规格值有8个：0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0;单位为um。 
            图3-1 particle count 仪                 图3-2 particle测试结果
 
测试步骤：
1、先将待测管路预吹1小时以上。
2、将待测管路衔接至particle count仪进气端。
3、打开电源，预热数分钟，并将出气阀门打开。
4、开始测试，若合格，当即将测试结果打印出来。
测试的结果，要连续3min内都合格，才是有效值。在测试过程中，如若遇到检测数据不合格，则当次数据作废，重新检测一次，直至合格。若排除管路原因，数据仍不达标，则应检查其气源是否合格。
 
四、水含量分析（Moisture Analyzer）
H2O和晶片中的Si会产生化学反应，生成二氧化硅，影响晶片厚度，因此对气体中的水分含量必须加以控制。水分的测试是利用纯度较高的PN2对待测管路进行长时间的purge（清除，吹扫），将水气带离管路，并在一端接上分析仪器，直至仪器显示的含水量浓度达到测算标准。
测试步骤：

1. 预吹待测管路，至少4h。（预吹时间越长，测试时间越短）
2. 将待测管路衔接至测试仪。
3. 打开电源，开始测试，直至读数下降到50ppb以下。

              图4-1 水分分析仪                    图4-2 水分测试终了数据
 
五、氧含量分析（Oxygen Analyzer）
   O2和H2O一样，也会和Si产生化学反应生成SiO2，从而影响晶片厚度，因此管路中的氧分也必须进行检测。其原理和测试步骤与水分检测相同，测算标准为0.05ppm以下。
                 图5-1 氧分分析仪                       图5-2 氧分测试终了数据 
 
     氧分和水分的检测一般同时进行，耗时一般在8h左右。若气源及管路非常理想，所耗时间就有可能会大大缩短。有时水分、氧分测了长达24h后，数据都降不下来，此时应考虑主管路及气源的情况，以免长时间做无用功。