半導体における高純度ガス配管の重要性

As 半導体マイクロエレクトロニクス技術の高性能化・高集積化に伴い、電子機器用特殊ガスの純度に対する要求はますます高まっています。高純度ガス配管技術は、高純度ガス供給システムの重要な構成要素です。これは、要求を満たす高純度ガスを、適切な品質を維持しながらガス使用地点まで供給するための重要な技術です。

高純度配管技術には、システムの正しい設計、配管継手および補助材料の選択、構築、設置、テストが含まれます。

01ガス輸送配管の一般的な概念

高純度・高清浄度のガスはすべて、パイプラインを通じてガスターミナルまで輸送する必要があります。ガスのプロセス品質要件を満たすためには、ガス輸出指標が一定である場合、配管システムの材料選定と施工品質にさらに注意を払う必要があります。ガス生産・精製設備の精度に加え、パイプラインシステムの多くの要因によって大きく左右されます。そのため、配管の選定は、関連する精製業界の原則を遵守し、図面に配管の材質を明記する必要があります。

02ガス輸送における高純度パイプラインの重要性

高純度ガス輸送における高純度パイプラインの重要性 ステンレス鋼の製錬工程では、1トンあたり約200gのガスを吸収します。ステンレス鋼は加工後、表面に様々な汚染物質が付着するだけでなく、金属格子にも一定量のガスが吸収されます。パイプラインに空気流が通過すると、金属に吸収されたガスの一部が再び空気流に入り込み、高純度ガスを汚染します。

配管内の気流が不連続な場合、配管は通過するガスに圧力吸着を形成します。気流の通過が停止すると、配管に吸着されたガスは圧力低下を起こし、分析ガスも不純物として配管内の純ガスに混入します。

同時に、吸着・分析サイクルにより、パイプ内面の金属から一定量の粉末が発生します。この金属粉塵はパイプ内の純ガスを汚染します。パイプのこの特性は非常に重要です。輸送ガスの純度を確保するためには、パイプ内面の平滑性が非常に高いだけでなく、耐摩耗性も高くなければなりません。

ガスの腐食性が強い場合は、配管には耐食性ステンレス鋼管を使用する必要があります。そうしないと、腐食により配管内面に腐食斑点が生じ、ひどい場合には大きな金属片が剥がれたり、穴が開いたりして、輸送中の純ガスを汚染する可能性があります。

03パイプ材質

配管の材質は、用途に応じて選択する必要があります。配管の品質は、一般的に配管内面の粗さによって評価されます。粗さが低いほど、粒子が付着する可能性が低くなります。一般的に3つのタイプに分けられます。

一つはEPグレード316Lパイプ電解研磨（Electro-Polish）された鋼板です。耐食性に優れ、表面粗さも小さく、Rmax（最大山谷高さ）は約0.3μm以下です。平坦度が最も高く、微小渦電流が発生しにくいのが特徴です。汚染粒子を除去します。プロセスで使用する反応ガスは、このレベルまで配管する必要があります。

一つはBAグレード316L光輝焼鈍処理が施されたパイプは、チップに接触するもののプロセス反応には関与しないGN2やCDAなどのガスによく使用されます。一方、APパイプ（アニーリング＆ピッキング）は特別な処理が施されておらず、ガス供給ラインとして使用されない2組の外管に一般的に使用されます。

04 パイプライン建設

管口加工はこの建設技術の重要なポイントの一つです。パイプラインの切断とプレファブリケーションはクリーンな環境で行われ、同時に切断前にパイプラインの表面に有害な痕跡や損傷がないことが保証されます。パイプラインを開く前に、パイプライン内の窒素フラッシングの準備を行う必要があります。高純度・高清浄度の大流量ガス輸送・配管パイプラインの接続には、原則として溶接が使用されますが、直接溶接は許可されていません。ケーシングジョイントを使用する必要があり、使用するパイプ材料は溶接中に構造変化がないことが必要です。炭素含有量が高すぎる材料を溶接すると、溶接部の通気性によりパイプの内外のガスが相互に浸透し、輸送ガスの純度、乾燥度、清浄度が損なわれ、深刻な結果につながり、生産品質に影響を与えます。

要約すると、高純度ガスおよび特殊ガスの伝送パイプラインには、特殊処理された高純度ステンレス鋼管を使用する必要があります。これにより、高純度パイプラインシステム（パイプライン、管継手、バルブ、VMB、VMPを含む）が高純度ガスの分配において重要な役割を担うことになります。