一種有害氣體排氣控制系統(tǒng)

摘? 要：PECVD制程工藝中，會產(chǎn)生氟化氫和氫氣等氣體，氟化氫是有毒氣體，需要進行尾氣過濾處理后，才能排放大氣;但是排氣系統(tǒng)中因過濾裝置的存在，自然會造成排氣管路不通暢，真空泵因為自身的高壓縮比，如果此時尾部壓力過大，會損傷真空泵，從而影響泵的使用壽命;本文介紹的控制系統(tǒng)，合理的解決了這個問題，制程前期無氟化氫階段，通過旁通快速排氣，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，此時排氣經(jīng)過過濾，不會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、汽車制造、機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)良的電學性能、良好的襯底附著性以及極佳的臺階覆蓋性，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)，主要解決前期無氟化氫階段的快速排放和中后期氟化氫的過濾排放，經(jīng)過實際使用證明，能滿足設(shè)備需要，而不損害真空泵組中的螺桿泵，下面進行排氣系統(tǒng)詳細介紹。

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，電動排氣球閥4，5過濾筒1，6過濾筒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：等離子真空鍍膜機的真空動力源，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1.5Bar時，單向單開通道，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裕苊馀艢夤芫W(wǎng)壓力倒灌進螺桿泵，而損傷螺桿泵。

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

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

6過濾筒2：用于對過濾筒1中出來的尾氣進行2次有毒過濾，確保尾氣無害。

液體收集器7：等離子鍍膜機中產(chǎn)生的尾氣，經(jīng)真空泵組高壓縮比排出后，氣體會有部分液位，所以需要在低位進行收集，防止反向進入真空泵組;另外一般排氣管網(wǎng)中也會有部分液體的，需要對設(shè)備進行保護，防止工業(yè)液體進入設(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)，通常壓力會小于10Pa，在這個過程中沒有有害氣體產(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，此時通過PLC程序控制打開電動球閥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，因化學單體的進入，會產(chǎn)生有毒氣體氟化氫，這個時候，需要關(guān)閉電動球閥4，讓有毒氣體經(jīng)過5過濾筒1和6過濾筒2，進行尾氣無害化處理;這個過程因真空腔體壓力維持在10Pa壓力小，不會造成螺桿泵泵后壓力明顯升高，基本上影響可以忽略不計。

安全方面：

考慮到過濾筒可能會存在堵塞情況，這個時候因螺桿泵的高壓縮比，真空腔室中的氣體依然會排入排氣管路2，造成螺桿泵后壓力過高，如果高到1.5Bar時，時間長會損傷螺桿泵;此時背壓閥3需要快速打開，降低排氣管路2中的壓力。

3 系統(tǒng)注意的問題

排氣系統(tǒng)在實際使用過程中，注意排氣管路上也需要安裝壓力傳感器，實時監(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，提前從電動球閥4切換到過濾筒1和2;這樣保證尾氣排入官網(wǎng)時，肯定是無害的。

如果真空腔體產(chǎn)生的氟化氫量比較大，還需增加過濾筒的數(shù)量。過濾筒中的活性氧化鋁需要定期巡檢，如果失效數(shù)量超過三分之二即要及時進行更換。

4 結(jié)束語

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

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

（2）當反應(yīng)腔體產(chǎn)生有毒氣體時，能自動切換到具有過濾器的排氣管路，使有毒物質(zhì)能夠被過濾掉，對空氣產(chǎn)生零污染。

（2）滿足設(shè)備的制程工藝，同時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

[1]? 李云奇.真空鍍膜技術(shù)與設(shè)備設(shè)計安裝及操作維護實用手冊.化學工業(yè)出版社.2006.5

[2]? 王振華.真空設(shè)備制造工藝技術(shù)標準規(guī)范全書.寧夏大地音像出版社.2004.10

作者簡介：花志平（1982-），男，江蘇無錫人，工程師，主要從事電氣自動化工作