一種有害氣體排氣控制系統(tǒng)

摘? 要：PECVD制程工藝中，會(huì)產(chǎn)生氟化氫和氫氣等氣體，氟化氫是有毒氣體，需要進(jìn)行尾氣過(guò)濾處理后，才能排放大氣;但是排氣系統(tǒng)中因過(guò)濾裝置的存在，自然會(huì)造成排氣管路不通暢，真空泵因?yàn)樽陨淼母邏嚎s比，如果此時(shí)尾部壓力過(guò)大，會(huì)損傷真空泵，從而影響泵的使用壽命;本文介紹的控制系統(tǒng)，合理的解決了這個(gè)問(wèn)題，制程前期無(wú)氟化氫階段，通過(guò)旁通快速排氣，中、后期氟化氫階段，因制程工藝需要控制在低壓小于10Pa階段，此時(shí)排氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾，不會(huì)造成排氣管路壓力升高。

關(guān)鍵詞：PECVD;有害氣體;排氣系統(tǒng)

引言

等離子表面處理作為提升材料表面性能有效方法被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、機(jī)械重工和五金工具制造等領(lǐng)域。主要工藝有CVD、PVD 2種，CVD中的PECVD因淀積的薄膜具有優(yōu)良的電學(xué)性能、良好的襯底附著性以及極佳的臺(tái)階覆蓋性，所以廣泛應(yīng)用于集成電路、光電器件等領(lǐng)域。本文介紹的排氣控制系統(tǒng)，主要解決前期無(wú)氟化氫階段的快速排放和中后期氟化氫的過(guò)濾排放，經(jīng)過(guò)實(shí)際使用證明，能滿足設(shè)備需要，而不損害真空泵組中的螺桿泵，下面進(jìn)行排氣系統(tǒng)詳細(xì)介紹。

1 排氣控制系統(tǒng)組成

主要由真空泵組1，排氣管路2，背壓閥3，電動(dòng)排氣球閥4，5過(guò)濾筒1，6過(guò)濾筒2，液體收集器7，尾氣連接管道8，組成，如圖1所示。

真空泵組1：等離子真空鍍膜機(jī)的真空動(dòng)力源，保證反應(yīng)腔體壓力小于10Pa，泵組中螺桿泵的壓縮比一般在8-10，屬于設(shè)備中的核心設(shè)備，所以再排氣過(guò)程中，需要保證螺桿泵排氣口壓力小于0.15MPa。

排氣管路2：提供螺桿泵到排氣系統(tǒng)的管路，一般采用SUS304材質(zhì)，防止工藝制程中的氣體腐蝕。

背壓閥3：用于極端情況下的管路壓力平衡，在排氣管路2和尾氣連接管道8之間的壓力超過(guò)1.5Bar時(shí)，單向單開(kāi)通道，保證真空泵組后壓力低于安全值;此背壓閥要求具有單向?qū)ㄐ?，避免排氣管網(wǎng)壓力倒灌進(jìn)螺桿泵，而損傷螺桿泵。

電動(dòng)排氣球閥4：用于排氣系統(tǒng)無(wú)氟化氫時(shí)的，尾氣快速通過(guò);閥芯采用SUS316材質(zhì)，類型為固定球球閥，直徑范圍為20-40mm。

5過(guò)濾筒1：用于制程中氟化氫產(chǎn)生時(shí)的，有毒氣體過(guò)濾，過(guò)濾介質(zhì)為活性氧化鋁。

6過(guò)濾筒2：用于對(duì)過(guò)濾筒1中出來(lái)的尾氣進(jìn)行2次有毒過(guò)濾，確保尾氣無(wú)害。

液體收集器7：等離子鍍膜機(jī)中產(chǎn)生的尾氣，經(jīng)真空泵組高壓縮比排出后，氣體會(huì)有部分液位，所以需要在低位進(jìn)行收集，防止反向進(jìn)入真空泵組;另外一般排氣管網(wǎng)中也會(huì)有部分液體的，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，防止工業(yè)液體進(jìn)入設(shè)備。

尾氣連接管道8：用于跟排氣管網(wǎng)的連接，材質(zhì)采用SUS304。

2作用原理

制程前期：（無(wú)氟化氫階段）

工藝制程前期，PECVD的反應(yīng)腔室在放入工件后，需要由常壓經(jīng)真空泵組抽到高真空狀態(tài)，通常壓力會(huì)小于10Pa，在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有有害氣體產(chǎn)生，而且前期排氣量大，為了保證真空泵組中的螺桿泵不受損，需要快速通過(guò)，此時(shí)通過(guò)PLC程序控制打開(kāi)電動(dòng)球閥4，讓尾氣連入排氣管網(wǎng)。

制程中、后期：（有氟化氫階段）

工藝制程中后期，因化學(xué)單體的進(jìn)入，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體氟化氫，這個(gè)時(shí)候，需要關(guān)閉電動(dòng)球閥4，讓有毒氣體經(jīng)過(guò)5過(guò)濾筒1和6過(guò)濾筒2，進(jìn)行尾氣無(wú)害化處理;這個(gè)過(guò)程因真空腔體壓力維持在10Pa壓力小，不會(huì)造成螺桿泵泵后壓力明顯升高，基本上影響可以忽略不計(jì)。

安全方面：

考慮到過(guò)濾筒可能會(huì)存在堵塞情況，這個(gè)時(shí)候因螺桿泵的高壓縮比，真空腔室中的氣體依然會(huì)排入排氣管路2，造成螺桿泵后壓力過(guò)高，如果高到1.5Bar時(shí)，時(shí)間長(zhǎng)會(huì)損傷螺桿泵;此時(shí)背壓閥3需要快速打開(kāi)，降低排氣管路2中的壓力。

3 系統(tǒng)注意的問(wèn)題

排氣系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中，注意排氣管路上也需要安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控官網(wǎng)壓力和螺桿泵后的安全壓力;另外PLC需在保證工藝制程的前提下，提前從電動(dòng)球閥4切換到過(guò)濾筒1和2;這樣保證尾氣排入官網(wǎng)時(shí)，肯定是無(wú)害的。

如果真空腔體產(chǎn)生的氟化氫量比較大，還需增加過(guò)濾筒的數(shù)量。過(guò)濾筒中的活性氧化鋁需要定期巡檢，如果失效數(shù)量超過(guò)三分之二即要及時(shí)進(jìn)行更換。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)設(shè)備的實(shí)際使用，證明這套有毒氣體排氣系統(tǒng)具有的有益效果為：

（1）在剛開(kāi)始抽真空時(shí)，能提高反應(yīng)腔體的排氣效率，減小真空泵排氣壓強(qiáng)。

（2）當(dāng)反應(yīng)腔體產(chǎn)生有毒氣體時(shí)，能自動(dòng)切換到具有過(guò)濾器的排氣管路，使有毒物質(zhì)能夠被過(guò)濾掉，對(duì)空氣產(chǎn)生零污染。

（2）滿足設(shè)備的制程工藝，同時(shí)保證真空泵組中的螺桿泵不受損傷，提高設(shè)備的使用率和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]? 李云奇.真空鍍膜技術(shù)與設(shè)備設(shè)計(jì)安裝及操作維護(hù)實(shí)用手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.2006.5

[2]? 王振華.真空設(shè)備制造工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全書(shū).寧夏大地音像出版社.2004.10

作者簡(jiǎn)介：花志平（1982-），男，江蘇無(wú)錫人，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化工作