厂务运行VS工程设计

半导体厂务运行与工程设计关联性的一点体会NEW新创工程2/6/20231江苏新创NEW新创工程客户对厂务管理工作的重要思索如何才能有效的减少突发故障的次数，将厂务系统对生产的影响减到最小成本领先战略下，厂务的贡献度在哪，COSTDOWN如何切入技改项目实施时，如何有效避免重复投资以及最短时间的影响现生产安全、环保、能源涨价因素的压力，厂务工作如何才能处变不惊扩产时设备动力需要与动力现有系统的供应矛盾，如何才能防患于未然根本原因寻找中，为啥总有抱怨先天不足的声音运行策略的优化，在厂务优秀管理人才一将难求的情况下，又是如此举步维艰，是否还有其它途径新建项目的上马似乎总是那么困难重重，前期设计方案是否真的符合预期,基于厂务大系统技术能否突破传统思维服务于工程实践或优化运行满足客户的事实需要是努力方向2/6/20232江苏新创ICFAB/厂务供应系统酸/碱化学品供应站有机溶剂供应站清洁用真空废气处理AcidScrubberSolventVOC空调设施UPWDI回收软水装置自來水儲存槽(20000m3)设备冷却水供应系统低压配电室特殊气体站CDA酸废水站含氟废水站有机溶剂收集槽维修区/制造支持区洁净室(IC制造设备)CIM+晶片自动停送洁净室(IC制造设备)液态氮液氧液氩氦气氢气补充空气热水︵蒸气︶废气冰水ROpcw酸/碱H2SO4回收有机溶剂IPA再生系统废溶剂光阻剂废HF清洗用水接地系统大地污水处理厂回收公司供应商气体供应商氮气供货商

电力公司市水回收公司浓缩污泥供应商供应商溫水卫生排水设备用真空柴油储槽供应商TFMS/TFPSFireDetection&Protection飲用水DI高压配电室电力供应站EG+DUPS磷酸回收FACMonitor&ControlPOUMonitor&Control外气外气外气外气外气水蒸汽确保酸碱废水酸鹼廢水DI再生废水HF再生系统酸碱废水NEW新创工程NEW新创工程2/6/20234江苏新创NEW新创工程净化空调系统新风机预热输入源蒸汽VS热水VS冷水冬季冷却水替代冷冻水/夏季冷却水代用热水的考虑新风机（无除湿工况）表冷器输入源调整为热水，延长冷却水代用热水的时间/防冻/热交换站输送温度及压力的调整空调机配管阀组的合理设置，便于操作有利于运行实际中必要的人工干预干盘管冷水系统的选择(混流VS热交换，并联VS串联）吊顶自循环风机阀组托盘的设置，解决排污管路与冷凝水管路合流的隐患2/6/20235江苏新创NEW新创工程净化空调系统蒸汽末端应有吹扫管路直通室外，主要考虑调试运行及维护后送气排风变频/双风机的必要性以及有机排风管排液管设置二次配排风负压表设置空调冷凝水，蒸汽疏水回用于纯水制备原水合理布置机房,在布置机房设备时，既要考虑冷凝器、蒸发器、表冷器的检修空间，又要考虑主机操作人员能观察到仪表的变化空调机组的断面风速适宜,空调机组现在多采用组合式空调机组，为了节约初期投资和机组占地面机，往往选用大风量机组，以及尽可能减小空调机组外形尺寸，从而增加了空调机组的断面风速，这样各级过滤器阻力上升快，而且挡水板的挡水效果不佳，空调机组容易积水。一般机组的断面风速不宜超过2.5m/s。设在屋顶的冷却塔宜设风机检修控制开关,考虑检修安全因素发热量差别较大的房间不宜并入一个空调系统(如清洗/扩散),但也有并入的节能做法2/6/20236江苏新创NEW新创工程2/6/20237江苏新创NEW新创工程净化空调系统洁净室的气流速度／换气次数的确定洁净室内气流的横向扩散只在甚低的流速下才有可能，单向流在合理的气流组织下，流速0.05～0.1m/s就足够带走污染物末级过滤器的效率对洁净度的影响是值得起注意的。有的气流速度/换气次数推荐或参考值对末级过滤器效率提高的因素往往没作考虑。当前有的IC工厂其ISO5级(0.3μm)的洁净室，采用FFU系统,带ULPA(99.9995%,0.12μm)，出口风速为0.38m/s，其满布率为25%，这样室内平均气流速度为0.095m/s，在各有关推荐或参考值的下限下。2/6/20238江苏新创NEW新创工程冷冻系统冷冻机的合理布置，务必考虑夏季高峰有一台备机，单机冷量的选择需结合四季负荷变化的因素冷冻水系统在站内有自来水快补入口,对于冷冻水系统和冷却水系统的补水计量冷冻水泵、冷却水泵考虑代用适宜的布置冷冻机配管操作阀门的布置，应考虑机组关闭后切断旁通流量，减少水泵运行台数BKS系统的应用，调整送回水温差，提高冷冻机COP值，减少冷冻/冷却水泵功耗分散的冷冻站应考虑联网供应，确保稳定供应的同时还能一举多得冷冻水系统应增设手动放气管路，尤其吊顶内自清洗过滤器的全流量设置在冷冻水泵总管路2/6/20239江苏新创NEW新创工程各种不同设计之洁净室耗能比较(单位KW)系统搭配方式FFU+MAUAxialFan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU/w76%RABypass6oC冰水制冷电量2349.062349.062349.0611615.372349.067819.599oC冰水制冷电量2681.052681.053558.99

2681.05

14oC冰水制冷电量439.03694.28

301.01

一次冰水泵电力122.76122.76122.76606.99122.76408.63二次冰水泵电力128.10128.10170.04

157.46

14oC冰水泵电力58.9993.29

31.46

热水泵电力26.4026.4024.79162.9924.79408.63MAU472.47472.47472.47

472.47

气流循环单元动力727.001875.644957.064689.112598.054689.11FCU

31.46

总计7004.868443.0611655.1817074.468769.5713325.97气流循环系统耗能指标(W/m2)65.02167.74443.31419.34232.34419.34耗能评比(以FFU型为基础)11.211.662.441.251.90系统评论最省能,洁净室运转有弹性,为目前主流设计,但初设成本偏高为其缺点洁净室运转有弹性,但有噪音问题,系统保养性差造价便宜,但风管布建较复杂,不利于大规模或使用弹性需大的无尘室,可作为改善案之参考造价便宜,但风管布建较复杂,耗能设计,同时不利于大规模或使用弹性需大的无尘室风管布建较复杂,耗能较纯MAU+RCU改善许多,唯洁净度较不易维持造价便宜,但风管布建较复杂,耗能设计,同时不利于大规模或使用弹性需大的无尘室2/6/202310江苏新创NEW新创工程工艺冷却水系统为充分保证系统不间断运行，也有考虑双电源设计和管路失压备泵自投功能颗粒过滤精度45um,电导10us/cm，过滤器及补水水质的考虑系统选择闭式或开式，闭式节能但务必确认工艺设备是否有无背压回水的特殊要求工艺冷却水冬季热能回用于纯水站加热原水扩散炉/外延炉冷却水应有自来水应急管路的考虑工艺冷却水一次配阀门尽量按一台套设备留一组阀的原则工艺冷却水一次配阀门管路接出位置工艺冷却水站采用分体式的好处二次配转子流量计的设置，合理调节需求量，避免系统小温差大流量2/6/202311江苏新创NEW新创工程水处理系统冷却水系统流程图2/6/202312江苏新创NEW新创工程纯水系统纯水水温的确认，恒温纯水需考虑冷量需求原水管路计量的要求送回水管路材质选择的合理性回流量考虑的适宜，使用量的30%同时使用系数的确定2/6/202313江苏新创NEW新创工程由于制程上的需要，在半导体工厂使用了许多种类的气体。一般我们皆以气体特性来区分。可分为特殊气体及一般气体两大类。前者为使用量较小之气体。如SiH4、NF3等。后者为使用量较大之气体。如N2、CDA等。因用量较大；一般气体常以“大宗气体”称之。即BulkGas。特气—SpecialtyGas。BulkGas在半导体制程中，需提供各种高纯度的一般气体使用于气动设备动力、化学品输送压力介质或用作惰性环境，或参与反应或去除杂质度等不同功能。大宗气体在半导体厂中的用途CDA主要供给FAB内气动设备动力气源及吹净(Purge),LocalScurruber助燃。N2主要供给部份气动设备气源或供给吹净、稀释惰性气体环境及化学品输送O2供给ETCH制程氧化剂所需及CPCVD制程中供给氧化制程用，供给O3Generator所需之O2供应及其他制程所需。Ar供给Sputter制程，离子溅镀热传导介质，Chamber稀释及惰性气体环境。H2供给炉管设备燃烧造成混氧环境，POLY制程中做H2BAKE之用。W-PLUG制程中作为WF6之还原反应气体及其他制程所需。He供给制程晶片冷却。气体供应系统2/6/202314江苏新创NEW新创工程SpecialtyGas半导体厂所使用的SpecialtyGas种类繁多，约有四、五十种，依危险性可分为以下数类：易燃性气体有些气体当因泄漏或混入时，其本身之浓度只要在某一范围内（相对空气），只要一有火源，此气体乃会因相混而燃烧。此称为该气体之爆炸范围。如：SiH41.35%-100%SiH2CL24.1%-98.8%PH31.32%-100%低压性气体有些气体常态下为粘稠液态气体，室温的饱和蒸汽压均小于10Psi，易造成管线阻塞，需包加热套，提高气体蒸汽压，才能充分供应气体。如：DCS、CLF3、WF6毒性气体有些气体由于其反应性很强，对动物（含人类）的呼吸、粘膜、皮肤等功能有强烈影响。如：NF3,PH3腐蚀性气体有些气体与水分一作用，即水解后产生HCL或HF等酸化物，对人体（包含眼睛、鼻子、皮肤、呼吸系统等）及设备（如管路及阀件）多少有腐蚀作用。此气体有下列：<1>HCL、CL2、SiH2CL2、BCL3等含CL元素的气体---HCL<2>BF3、SiF4、WF6含F元素---HF<3>NH3---氨水极刺激性气体供应系统2/6/202315江苏新创NEW新创工程窒息性气体如：CO2、CF4、C2F6等气体，无臭无味。若大量泄出而相对致空气含O2量减少至16%以下时，即有头痛与恶心症状。当O2含量少至10%时，人将陷入意志不清状态，6%以下，瞬间昏倒，无法呼吸，6分钟以内即死亡。自燃性气体有些气体，一与空气相混，即使没有火源也会自燃起火。此称为自燃气体。一般其起火点在常温以下。此气体有：SiH4、PH3、B2H6等气体供应系统2/6/202316江苏新创NEW新创工程空压系统空压机考虑稳定供应和维护保养的需要务必要有备机，结合设计容量及投产实际使用情况优先设置1台变频机组，保证系统压力稳定及降低能耗，其余机组有待机功能最好。优先选用水冷型空压机，冷却介质优先采用工艺冷却水各系列空压干燥器出口增设放空管路，对于调试运行及系统维护后投运检查切换非常有意义总管增设涡街流量计，有助于预判设备性能/使用实际流量的监测/技改容量的核定/单耗经济型分析储气罐容积一般考虑空压机每分钟排气量的10%过滤器要有压差指示或管路增设压力表预判阻力情况，计划停供保障生产储气罐底部疏水管路需要有旁通2/6/202317江苏新创NEW新创工程工艺真空及真空清扫系统工艺真空管路可以采用UPVC给水管超纯气体系统纯化器选择时对N2、O2纯化器较多采用触媒吸附式，Ar、H2纯化器则以Getter效果最佳，必须高度注意气体对CH4，N2的要求（吸附式无法去除）钯膜纯化器

吸气剂催化剂工作温度高温室温使用寿命长短可再生否可稀有气体中除氮可否氢中除氮可否除甲烷可否成本高低2/6/202318江苏新创NEW新创工程超纯气体系统不同气体纯化器需要不同的公用工程与之相配套，纯化间预留接口例如，触媒吸附式N2纯化器需要高纯氢气供再生之用；触媒吸附式纯化器需要冷却水。超纯气体管路吹扫口，取样阀的设置，考虑系统检测的需求PN2在纯化间要有预留阀作为吹扫/置换源超纯气体EP管Ra值和隔膜阀cv值的要求1/4”(0.2)1/2“(0.7)3/4”(1.5)高纯气体过滤器的选择，PTFE滤膜/316L滤膜，颗粒度0.003um一次配管支干管宜采用带后吹扫口的波纹管/隔膜阀，考虑施工及后期改造支干管开头需一次配适当做一些预留点对于主辅机的一次阀门预留建议参照冷却水，可视具体情况

2/6/202319江苏新创NEW新创工程随着科学技术的发展，线宽越做越小，其对气体纯度、颗粒度、杂质含量以及露点的要求也越来越高。（下表是各种线宽下对超纯氮气的要求）气体供应系统线宽（um）2~31.30.80.50.350.18氧含量（ppb）1005010511露点（℃-76-80-90-100-110-120颗粒（um）0.30.20.10.10.10.052/6/202320江苏新创NEW新创工程大宗供气系统的可靠性问题由于微电子行业的投入与产出都是非常的大，任何供气中断都会带来巨大的经济损失，尤其对大型集成电路芯片生产厂而言。因此在设计中必须充分考虑气体供应系统运行的安全可靠性。若采用现场制气方式，往往还需要设置该种气体的储蓄供气系统作备用。1）每一种气体的纯化器都需要有一台作备用。2）氧气若采用现场制气方式，虽然可以不经纯化而直接供工艺设备使用，但仍应该设置一台纯化器作备用。当然，以上这些措施必须会导致气体成本的急剧上升，虽然与供气中断造成的损失相比要小的多，但这必须要与业主讨论确定。而且，每个项目都有其特殊性，不必强求一步到位，可以考虑在不同的建设阶段逐步实施。另外,若有条件采用集中管道供气方式,还需要考察气体供应商的系统设计情况，是否有对供气中断、管路污染等突发事故的预防措施、应急措施和恢复手段。有必要提请业主注意在该种经济便利的供气方式背后潜在的风险。2/6/202321江苏新创NEW新创工程特种气体工艺系统应设置下列主要装置：1储存、供气的气瓶柜、气瓶架、集装格；2气体分配用阀门箱、阀门盘；3辅助氮气吹扫系统；4尾气处理装置。特种气体工艺系统的设计应满足电子产品生产工艺对特种气体工艺参数、污染控制、使用安全的要求。不相容的特种气体的排气管道不得接入同一排气系统。不相容的特种气体的排风管道不得接入同一排风系统。2/6/202322江苏新创NEW新创工程管路设计管路设计时需考虑输送的距离，距离越长，成本越高，风险也越高。因扩充性不易，需预留适当的扩充阀组。通常较理想的设计流速为一般气体小于20m/sec，可燃性气体小于10m/sec，腐蚀性/毒性气体则小于8m/sec。在用量的设计方面，则需考虑使用点的压力与管径的大小，前者与气体特性有关，后者在使用点一般为1/4吋~3/8吋。管路型式依气体特性设计，惰性气体使用一般的单层管，腐蚀性、可燃性、毒性则可考虑双套管，但因其制作成本高，除非具自燃爆炸或极毒性的危险气体，如SiH4、PH3、AsH3常以双套管制作外，其余危险气体可再行考虑。管路的材质则依使用的需求进行选择，若为制程用的反应气体则选择高等级的316LEP管，经电解抛光(Electro-Polish)处理，耐腐蚀，表面粗糙度低，Rmax约为0.3~0.8μm，其值远低于经过光辉烧结(BrightAnneal)处理之316LBA管的3~6μm，因平整度越高越不容易形成微涡流，而将污染粒子带出。316LBA管则常使用于和芯片接触但不参与制程反应的气体，如GN2、CDA。另一种未经特殊处理的AP管(Annealing&Picking)，则用于不做为供气管路的双套外管。气体供应系统2/6/202323江苏新创NEW新创工程特气系统特别注意事项（1）对于AsH3、PH3、B2H6、SiH4等剧毒气体的传输，需要采用双套管，腐蚀性气体采用316LVIM+VAR（2）由于SiH4气体的自燃性，一旦外泄将对厂房和人员的生命财产安全造成极大的威胁。因此，SiH4气柜应处于与主体厂房分开的地方，而且钢瓶阀要求使用气动阀，以确保钢瓶在紧急情况下能够自动关闭。含SiH4在内，CO，B2H6，PH3，AsH3，SbH3等钢瓶内接头应安装限制流量孔。制造商应依据SEMIS5提供流量计算。（3）对于PH3，SiH4，B2H6等气柜还要装有红外-紫外线（UV-IR）双重扫描的火花侦测器，其光束应该覆盖所有可能泄漏的位置，而且其量程设置应该侦测到比气体侦测器侦测范围更小的气体泄漏，用以监控任何可能产生的火花并触发相应的互锁，以确保厂房及人员的安全。（4）由于ClF3与水产生激烈反应而成爆炸性物质，ClF3钢瓶不可安置洒水器。灭火装置应以CO2方式为主。（5）N2O、CO、O3—GasketmustbeSUS注：一般气体所用之Gasket为Ni材质。CO对Ni具有侵蚀性，故CO所用之Gasket必须为SUS系列材质。气体供应系统2/6/202324江苏新创NEW新创工程CDS:chemicaldeliverysystem化学品输送系统CCSS(Control

Chemical

Supply

System)中