特气系统的规划与设计1

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！特气系统的规划与设计特气系统的规划与设计(SSTT.NO.20)进行探讨，限于篇幅，本文将论述的重点主要放在气瓶柜/架、阀箱家思考的方向，以兹未来建构特气系统时的参考。然而，在实际的建经费、周围环境、基地、人员...等，以期较佳的实用性设计达到更安全的供应与环境维护。体制程目前已被广泛的应用于各项产业，凡举传统的ULSI、TFT-LCDMEMS)品的制造流程，其中的制程包括如干蚀刻、氧化、离子布植、薄膜沉BULKGASES),如N2、ArSpecialtyGases),如SIH4AsH3、PH3...等以钢瓶供应的气体。本文主要针对特殊气体的供应系统进行探讨。大宗气体的供应设计则因其供应方式的特殊性，如以大型桶槽的供应方式，将不列入本文的讨论范围。特气供应系统是半导体厂中危险性最高的一环，只需有任何的疏SIH4始燃烧，还有ASH3的剧毒性，任何些微的泄漏都能可能造成人员声生。但是，如何的设计才是最佳的考虑，实无绝对原则可供遵循，特计者追寻的目标。若是经费许可担任可以选择二重、三重、甚或是四上的观念。首先假设人员在更换钢瓶后，为将接头完全锁紧即开始供气，此设计），才可能发生接下来的泄漏状况﹔当气体开始燃烧后，第二阶段的火焰侦测器侦测到火焰燃烧所放射出的UV或IP几率，若假设人员失误和各段保护设计（七阶段）失效的几率皆为十分之一的告知进行计算（当然实际上每阶段失效几率不可能如此之高），其结果为亿分之一﹔换言之，倘若因人员疏失导致的气瓶柜供其理想值。虑，重新检讨各项防护设计的必要性，甚或以更简单、更方便或更便宜的设计方式来取代。与零组件的材质选择、运送包装、施工组装、管路清洁、测试实验，乃至于日常管理，每一个环节的精确要求皆与供应的质量息息相关。应质量的要求。特气的供应，设计上并不像大宗气体，需要采用连续质量监视系统对可能的污染物（如水分、氧气、粒子...等）进行分析监控，主要因为其钢瓶的气体质量较易掌控，而且气体种类太多，进行仪器选购的成本太过庞大，监控时的危险性亦较高。此外，特气的生产之后，任何的施工皆可能严重影响制程机台与生产线的政策运作，因此，若在制程的要求尚不十分明确或考虑到未来的扩充性，均需预留适当的阀件或管路以利未来的扩充。导体厂并无二致，只其对污染物的要求规格不似晶圆半导体厂严格，0.5-1mULSL的0.18-0.15m体）的费用约占全部厂务系统（不含土地、厂房结构）建设费用的15%，仅低于无尘室系统的23%。所以此项系统的重要性可见一般。（二H2SIH4PH3SiH2CL2B2H6、CH3F、CO...等规格使用﹔H2则经常使用两座多组钢瓶串接方式进行供应，当一座的气体使用完后，另一座的气体将自动接续供应，使供气不致中断，并以争做串接钢瓶更换的方式进行气体的补充。此外，也有所谓的on-site然气供应方式。但此法因管线太长，且埋设于地下，供应点复杂，除量的要求相当高，风险值也相对的较高。倘若源头供应质量不良，导成的巨额费用。相对的，以槽车或钢瓶的供应方式，因其出货前可透过质量的检验，确保供气的质量，风险也就较低。特殊气体的供应方式截止目前为止，几乎皆用钢瓶的方式进行，钢瓶，一般气体皆为气态钢瓶，其填充压力亦高，气体以气态储存于气体储存钢瓶，即所谓的安全高压气源（SDS,SafeDelivery，可藉由介质如沸石和活性碳对待定的气体如PH3AsH3、BF3SIF4的孔隙重，其优点为高压压力低于—大气压，无泄漏之余。经实验结式的特点供读者参考。针对腐蚀性、毒性、燃烧性的气体，通常涉及将钢瓶置于气瓶柜(GASCabinet)内，再透过管路将气体供应至现场附近的阀箱(VMB,ValveManifold），而后再进入制程机台的使用电(Pou,PointOfUse),于进入机台腔体之前，会有独立的气体控制盘（GB,GasBOX)与制程控制模块联机，以质流控制器(MFC,MassFlowController)进行Gas与阀盘(VMP,ValveManifoldPanel)进同供气流程规划的实例，如图二、三所示，供读者参考。制程机台进行（分布式）的气瓶规划，机台使用到几种特殊气体就使护设计，如防爆墙、泄漏的局限性等，而且管理上相当耗费人力，不管是气瓶柜的维护、钢瓶的更换，皆大大的增加了管理上的风险，虽然省下了VMB的设置及可选用较便宜的单钢气瓶柜，却大量的增加式供应的趋势。空间设计的选定，首先需要距离其他使用区近，有独立的结构与空间区隔，避更谨慎的规划，以求降低运作时影响整厂的风险。此外，相关的气体备料储存空间的位置选定亦需一并考虑，不可距离气体供应室太远，隔，防止相互影响导致可能的风险加成。三区：毒性/腐蚀性气体区、可燃性气体区、惰性气体区，将相同性质的气体集中加强管理，可燃性气体区需特别规划防爆墙与泄爆口，若空间不足，可考虑将惰性气体放置于毒性/腐蚀性气体区，倘放置空间扩充。的目标﹔会经有些厂房设计将洁净室中的部分空调回风导入气体供气以热管(Heat进行高效率的热交换，或许是较实际的可能改善的紧急状况处理与人员日常操作。电力规划电力系统的规划则需设计独立的电源，可避免受其他系统的影VMBUPSUPS的严重损失，相对的，此项供应系统亦需不可中断。此外，系统设计低蒸汽压气体供应30PsigBCL3、DCS(SiH2CL2)、CLF3、WF6，它们在21.1℃时的饱和蒸汽压分别为19.7Psig23.3Psig21.5PSig27PSig因素，如气体的物理特性、钢瓶表面积、管路长度...等，通常使用直接加热再钢瓶与管路的方式供应﹔对钢瓶则以侧面以侧面外罩加热套，套内装有加热带和保温棉衬，但因拆装时相当麻烦不便，目前已式，从供气的钢瓶端，经VMBGB直到尾端的机台，加热的温度亦选用具较低极限加热温度约65℃）的加热带，即使加热控制器失效亦不致发生危险。此外，管路长度也是相当重要的考虑，管路太长加维修区或Sub-Fab，此时需特别考虑其安全性。路，待经过MFC后再加热汽化成气态进入反应腔，但因为相关的零组件研发皆未成熟和普遍，因此还很少为人所采用。气瓶柜架的型式气瓶柜/架一般针对不同的气体特性分为五种基本型式，其中Typell和IIITypelv和V属于惰性气体Typel:High-PressureFlammabelGas),如SIH4B2H6CH4H2AsH3.因其具有燃烧性，所以通常会加装相关的消防设备，如UV/IR火焰侦测器、洒水头、气体泄漏侦测算钢瓶剩余的气体量。TypelI:使用于中压液态燃烧性气体（Mid-PressureLiquidFlammabel如NH3、HBr、HCL、。本型式除消防设备需要安量有较大的需求时，需要考虑相关的加热设备。TypelIl:使用于低蒸汽压气体（LowVaporPressure如、DCS、CLF3、WF6，除使用电子秤与加热装置外，因属非高压的钢瓶且供应流量小，建议不需使用高压侧漏与过流量保护装置。TypeIV:使用于液态惰性气体(LiquidInert如C4F8、、C2F6、N2O、SF6，不需相关的安全设计，弹药使用电子秤检知钢瓶剩余的气体量。TypeV:使用于惰性气体(Inert如CF4、Ar、He.的气瓶柜架功能，如Type1-lIl属于危险性气体，建议皆需加装自动功能设计因此PUrge一中央供应的PN2中断，又未发生任何报警，恰巧又有二种不兼容的钢瓶在使用PUrge的管路，此时，爆炸的状况极可能就此发生，类似意外亦有发生过的记录，不得不慎。三钢式设计尚有一项优点，就是现场的VMB在做管路Purge时亦可使用同一气瓶柜的钢瓶，不同气体间透过VMB造成的交互反应或污染的风险值又更低了。选用三虑。若为惰性气体使用的气瓶架，由厂务中央供应PN2或于现场适集中式的双瓶PN2气瓶架，所增加的成本与空间将相当有限。操作性设计气体量若为低蒸汽压气体，则以笛子重量磅秤来侦测钢瓶剩余的气体量。在日常操作功能的设计上，可分为全自动、半自动、手动三种方式。通常气瓶柜的操作执行动作有下列几种：1.GN2GeneralN2)的流动经过真空产生器造成管路内的负压，抽出气瓶柜盘管内的特气，再利用通入PN2稀释管壁内残存的微量特气，反复执行此项冲保压测试管路是否泄漏。2.后置冲吹（Post通以PN2进行保压测试管路是否泄漏，确认钢瓶接头与管路的衔接良好，并进行PN2的反复冲吹，将更换钢瓶时渗人的污染物去除。3.上线冲吹(Process主要目的是将清洁用的PN2清楚，并送制程气体上线；此过程则反复利用制程气体的冲吹，将清洁用的PN2予以彻底的排除。4.更换钢瓶：通常由四个主要步骤来完成，Pre-PurgeR更换钢瓶RPostPurgeRProcess约10%时，但实际上仍需以各气体过往的使用记录为依据进行判断，污染气源。为了达到以上步骤1到3考虑。若采用手动的方式进行，人员的操作将需相当小心谨慎，任何险性气体笔者建议需有自动的功能，当自动无法顺利运作时才改为半自动的方式进行。若为惰性气瓶架，虽然没有危险性，路气体流向控制。（B).手动控制阀，主要当作第二道的防护，如管路的出口。（C).CheckPN2和抽气用的GN2管路。（D).调压阀（Regulator),用于调整并控制供应的气体压力。（E).压力传输器（Pressure，这是防护系统安全的重启，同时亦可检知钢瓶的气体剩余量。（F).真空产生器（Vacuum利用GN2的快速流动产生吸引的负压，将管路中的气体带出，以达到抽气的目的。（G)气体过滤器（Line，装于供气的出口外，用以过滤掉VMB的供气口都会安装符合制程条件需求的过滤器，故而个人不建议于此处装设过滤器。（H).流量侦测器（FlowSensor),对管路上异常大量的流量进行侦测，若是超过可能的设定值，即判定管路上有可能大量的泄漏，进而启动紧急关闭装置，中断供气。（I).Orifice),以限制大量的气流量通过，装设于Vent的排气管上，其主要防止特气Vent时的大量排放，造成区域式废弃处理系统无法负荷的状况发生。针对SIH4,因其具有毒性与强烈爆炸性，建议可于靠近钢瓶的出口端加装直径约0.01寸的限流孔，使其最高流量不得高于。在此阀盘组的管路设计上，有一些需特别注意的项目。首先，以如前面所提，不兼容气体的Purge管路不可相连，而且不兼容的气体不蚀性、供应的压力为高压或者低压等；并且注意管路上死角Purge的问题，若设计的死角越多或越严重，反复Purge的次数就要越多，花供应的考虑下，将可避免未来扩充点增加时需要再添购一组气瓶柜，当然若能在VMB上预留足够的扩充电脑亦可能可以解决相关的问题。安全防护设计总结前面所提的气瓶柜防护设计，包括气瓶柜外罩的防火与防暴设UV/IR设计、Vent限流孔、现场与远程的手动紧急关断开关等。其中消防洒水透在气柜内的温度超过℃时，开始动作洒水；需特别注意的CF3会因与谁起剧烈反应，不可安装洒水头。在气体室则需加装易造成误判外，皆需与自动广播系统联机，当有任何动作时，可实时的广播疏散相关的人员，并立即集结紧急应变小组进行处理。用性，如紧急手动停气按钮(EMO,Emergency除气瓶柜上需必备法进入关闭源头的钢瓶；此外报警的灯示，除现场VMB盘、气瓶柜护器具，如更换毒气瓶时使用的空气面罩。自从921计方式，可避免当一台受到外力的干扰时（如施工）即造成误动作，因此执行气体关断的动作必须至少2三角形延伸至厂区内另2议设定的地震仪惰性等距为五级地震，执行关闭的设备包括钢瓶之ValveShutter、气瓶柜/架、。另一项气体大量泄漏时的外围防护设计为装设紧急的废气出了ESE,Emergencysafety其处理点可包括气瓶柜、VMB、AsH3、PH3等氢化物气体、酸性气体或NH3等，需与气体政策器联动，并使用化学吸附剂的方式进行处理，但目前因价格昂贵，尚未普及。气瓶柜的关断时机有下列几种状况（气体政策泄漏达到上限警报；（B）.火焰侦测器或消防侦的发生，倘无自动关断，可籍摄影监视系统进行判断，再以人员手动的方式执行远程的紧急关断；（C.2部地震仪同时侦测到五级（含）以上的地震；（D）.过流量开关开启；（E）.EMO动作控制系统设计控制系统目前普遍采用每台气瓶柜皆有独立的单机PLCPLC的通讯接口，将设备上所以的讯息纳入整厂中央监控系统与相关(Local、消防系统...等，以建构一个安全性极高的气体供应系统设计。阀盘与管路VMB设计VMB内气体种类配置的设计基本上有二种方式，一种以供应的气体点，让同一机台的气体管路供应来源集中在相同的VMB内，不致使的负担，高、VMB设计于操作简单、扩充性佳等。基本上，VMB的设计于气体柜内大同小异，包括防护箱体、强制抽气、气体泄漏侦测器、紧急自动关断阀、EMO、Purge等管路，但以手动阀进行供应控制，气动阀做为紧急关断之用。通常VMB内部设计UV/IR一般而言，此处于是该测漏验收后，管路不再移动且不常操作，或进一定的水平，发生泄漏的几率极低，所以，通常当紧急状况如泄漏、地震发生时，可利用气动阀进行自动关断，将气源做分段的隔离。机的保护。VMB一般可依业主要求设计、8、10或其他数目的接点，气的压力，设定偏移±5psi时发出报警。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。般气体小于20ml/sec,可燃性气体小于腐蚀性/毒性气体则小于8ml/sec前者与气体特性有关，后者在使用电一般为1/4寸~3/8寸。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，除非是自燃爆炸或极毒性危害气体，如SiH4PH3AsH3常以双套管制作外