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大宗气体及特殊气体


GAS 系 统 基 础 知 识

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概述

HOOK-UP 专业认知
一、 厂务系统 HOOK UP 定义

HOOK UP 乃是藉由连接 连接以传输 UTILITIES 使机台达到预期的 连接 功能。HOOK UP 是将厂务提供的 UTILITIES ( 如 水,电,气,化

学品

等),经由预留之 UTILITIES 连接点( PORT OR STICK),藉由管路及电 缆线连接至机台及其附属设备( SUBUNITS)。 机台使用这些 UTILITIES,达成其所被付予的制程需求并将机台 使用后,所产生之可回收水或废弃物( 如废水,废气等),经由管路连接至 系统预留接点,再传送到厂务回收系统或废水废气处理系统。HOOK UP 项目主要包括∶CAD,MOVE IN ,CORE DRILL,SEISMIC , VACUUM , GAS , CHEMICAL ,

D.I ,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC, DRAIN.
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二、 GAS HOOK-UP 专业知识的基本认识
在半导体厂,所谓气体管路的 Hook-up(配管衔接)以 Buck Gas(一 般性气体如 CDA、GN2、PN2、PO2、PHE、PAR、H2 等)而言, 自供气源之气体存贮槽出口点经主管线(Main Piping)至次主管线 (Sub-Main Piping)之 Take Off 点称为一次配(SP1 Hook-up) ,自 Take Off 出口点至机台(Tool)或设备(Equipment)的入口点,谓之 二次配(SP2 Hook-up) 。以 Specialty Gas(特殊性气体如:腐蚀性、 毒性、易燃性、加热气体等之气体)而言其供气源为气柜(Gas Cabinet) 。自 G/C 出口点至 VMB(Valve Mainfold Box.多功能阀箱) 或 VMP(Valve Mainfold Panel 多功能阀盘)之一次测(Primary)入 口点,称为一次配(SP1 Hook-up) ,由 VMB 或 VMP Stick 之二次侧 (Secondary)出口点至机台入口点谓之二次配(SP2 Hook-up) 。

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GAS 简单知识基本掌握
第一章 气体概述 由于制程上的需要,在半导体工厂使用了许多种类的气体,一般我们皆依气 体特性来区分,可分为一般气体(BULK GAS)与特殊气体(SPECIALTY GAS) 两大类。 前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。 后者为使用量较小之气体?一般指用量小,极少用量便会对人体造成生命威 一 胁的气体,如 SiH4、NF3 等 1.1 Bulk Gas 介绍 半导体厂所使用的大宗气体,一般有: CDA、GN2、PN2、PAr、PO2、PH2、PHe 等七种。 1. 大宗气体的制造: CDA / IA (Clean Dry Air / Instrument Air): CDA 之来源取之于大气经压缩机压缩后除湿,再经过滤器或活性炭吸附去除粉 尘及炭氢化合物以供给无尘室 CDA/IA (Clean Dry Air)。 GN2 (Nitrogen): 利用压缩机压缩冷却气体成液态气体,经过触媒转化器,将 CO 反应成 CO2, 将 H2 反应成 H2O,再由分子筛吸附 CO2、H2O,再经分溜分离 O2 & CnHm。 N2=-195.6℃,O2=-183℃。 PN2 (Nitrogen): 将 GN2 经由纯化器(Purifier)纯化处理,产生高纯度的氮气。 一般液态氮气纯度约为 99.9999﹪,含小数点后共 6 个 9。 经纯化器纯化过的氮气纯度约为 99.9999999﹪,含小数点后共 9 个 9。
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PO2 (Oxygen): 利用压缩机压缩冷却气体成液态气体,经二次分溜获得 99.0﹪以上纯度之氧, 再除去 N2、Ar、CnHm。另外可由水电解方式解离 H2 & O2,产品液化后易 于运送储存。 PAr (Argon): 利用压缩机压缩冷却气体成液态气体,经二次分溜获得 99.0﹪以上纯度之氩气, 因氩气在空气中含量仅 0.93﹪,生产成本相对较高。 PH2 (Hydrogen): 利用压缩机压缩冷却气体成液态气体,经二次分溜获得 99.0﹪以上纯度之氢气。 另外可由水电解方式解离 H2 & O2,制程廉价但危险性高易触发爆炸,液化后 易于运送储存。 PHe (Helium): 由稀有富含氦气之天然气中提炼,其主要产地为美国及俄罗斯。利用压缩机压缩 冷却气体成液态气体,易由分溜获得。 Helium=-268.9℃,Methane=-161.4℃。 2.大宗气体在半导体厂的用途: CDA: CDA 主要供给 FAB 内气动设备动力气源及吹净(purge),Local Scrubber 助燃。IA 主要供给厂务系统气动设备动力气源及吹净。 N2: 主要供给部分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 压力来源。 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 O3 Generator 所需之氧气供应及其它制程所需。 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湿氧环境, POLY 制程中做 H2 BAKE 之用, W-PLUG 制程中作为 WF6 之还原反应气体及其它制程所需。 He: 供给化学品输送压力介质及制程芯片冷却。 3.BULK GAS 的供应系统
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Methods: GAS TYP CDA N2 O2 Ar H2 He Produced on-site O O O Storage tank O O O Container O O Trailer O O Bundle O O Compress or O -

Bulk Gas Supply System before Fab

Bulk Gas Supply System in Fab

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大宗气体(BULK GAS)虽然不像特殊气体(SPECIALITY GAS),有的具有强 烈的毒性、腐蚀性。但是我们使用大宗气体时,仍然要注意安全。GN2、PN2、 PAr、PHe 具有窒息性的危险,这些气体无臭、无色、无味,如大量泄出而相对 致空气中含氧量(一般为 21﹪)减少至 16﹪以下时,即有头痛与恶心现象。当 氧气含量少至 10﹪时, 将使人陷入意识不清状态, 6﹪以下瞬间昏倒, 无法呼吸, 6 分钟以内即死亡。PH2 因泄漏或混入时,其本身之浓度只要在 H2 之爆炸范围 (4%-75%)内(如对空气) ,只要一有火源,此气体乃会因相混而燃烧。PO2 会 使物质易于氧化产生燃烧,造成火灾的不幸事件。因此,身在半导体工厂工作的 我们,在设计上、施工中,如何避免泄漏、如何防患,则是我们努力的工作之一。 1.2 特殊气体特性及系统简介 半导体厂所使用的特殊气体种类繁多,约有四五十种,依危险性可区分为以 下数类: * 易燃性气体 Flammable Gas * 毒性气体 Toxic Gas * 腐蚀性气体 Corrosive Gas * 低压性 保温气体 Heat Gas 低压性/保温气体 * 惰性气体 Inert Gas

1. 特殊气体特性简介
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燃点低, 一泄漏与其他气体相混,便易引起爆炸及燃烧 如 SIH4 , PH3 , H2 ,…. * 毒性气体 : 反 应性极强,强烈危害人体功能 , 如 CO, NO,CLF3,…. * 腐蚀性气体 : 易与水份起反应而产生酸性物质,有刺鼻,腐蚀,破坏人 体的危险性 如 NH3, SIF4,CL2,….* 低压性/保温气体 : 属粘稠 性液态气体,需包 加热线 及 保温棉 ,将管内的温度升高以使其气化,才能充分 供应气体 , 如 WF6, BCL3 , DCS,….* 惰性气体 : 又称窒息性气体 , 当泄漏 出的量使空气中含氧量减少至 16%~6%以下时,便会影响人体,甚至死亡 , 如 SF6 , C4F8 , N2O , …. 2. 供应系统简介* GC (Gas Cabinet) 气瓶柜 *GR (Gas Rack) 气瓶架 * BSGS System (Bulk Sepcial gas supply system)特殊气体大 量供应系统 * Y-Cylinder , Bundle 集束钢瓶 * Trailer 槽车 * VDB 主阀箱 / VDP 主阀盘 (Valve Distribution Box/Panel) (Valve Manifold Box/Panel) * VMB 阀箱 / VMP 阀盘 :

* 易燃性气体

Specialty Gas Supply System

Specialty Gas Supply System- Equipment in every floor

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我们不排除这些气体会对我们有不良影响。身在半导体工厂的我们,在设计上、 施工中,如何避免泄漏、如何防患,则是我们努力的工作之一。

第二章 一次配管和二次配管 半导体厂的气体管路,我们一般区分为一次配管(SP1)及二次配管(SP2, 又称 Hookup) 。 SP1:为由气体的起始流出点(Gas yard/Gas cabinet)至无尘室中的 Take off Valve 或 VMB(Valve manifold box)/VMP(Valve manifold panel) 。 SP2:为由 Take off Valve 或 VMB/VMP 开始至生产机台设备处为止 。所使用管材以 1/4”、3/8”、1/2”、3/4”为主。 (Hookup) Piping 之设计应配合气体类型考量,一般分为 Bulk Gas 及 Speciality Gas 两大类。 2.1 Material 介绍 了解半导体气体工程的配管,和管路设计,必须先了解材料(Material) 2.1.1 材料区分: 1. TUBE & PIPE(管件) 2. FITTINGS(配件) 3. VALVE(阀件) 4. REGULATOR(调压阀)
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5. CHECK VALVE(逆止阀) 6. FILTER(过滤器) 7. VACUUM GENERATOR(真空产生器) 8. 其他 2.1.2 选料依据: ?气体种类 , 气体特性 * 影响材料使用的等级 – AP / BA / EP / V+V / …. ?业主需求及预算 *有无指定厂牌或规格?依机台所需用量及本身接点选定料件尺寸 * 影响材料使用的尺寸 – ?” / ?” / 15A / ……. ?依机台所需压力及流量不同选择材料型式 * 选用压力范围适合或流量符合之阀件 ?视盘面组装选择料件接头型式 * VCR / SWG / Welding / Flange….. 2.1.3 TUBE & PIPE 管件: ?1.定义: * Pipe :, 以 公称内径(ID) 配合壁厚作为量度之尺寸. * Tube : 以外径(OD) 及壁厚作为量度之尺寸. *规格 : 6M/stick or 4M/stick or 100M/roll2.常用材质: SS304 /SS304L & SS316 / SS316L & VIM+VAR & HC-22…3.表面处理等级 : BA – Bright Anneal 表面研磨 EP – Electro Polish 表面研磨 + 电解研磨 ?4.等级: * Bulk Gas 一般使用 316L BA 或 316L EP 等级 * Specialty Gas : 易燃性 / 惰性 气体 – 316L EP 毒性 – 双套管 ( 304 AP + 316L EP ) / 单管 316L EP 腐蚀性 气体 – VIM + VAR 低压性气体 -- 316L EP + Heater Line + Warm Cover 2.1.4 FITTINGS 配件: ?1.材质同管件?2.常用种类 : a.Nut + Gland + Gasket b.Elbow,Tee,Reducer c.Cap,Plug d.Connector e.others…

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?3.型式及规格 : 一般可分为 VCR / SWG / WELDING /螺牙接头/FLANGE 尺寸从 1/8“~1”(VCR/SWG)及 1/4“~300A(WELD/FLANGE) 皆有, 又分 短接头 SCM (micro) or 长接头 SCL (long) & SCF (以 Kitz 作 说明): Product Name Material SCM 4 0 E EP LE Size Size for other side Type Specification

SCM:表示 BANKEN 公司对 FITTING 的分类,是属于短接头型式。 4:表示尺寸为 1/4”。 0:表示另一端尺寸同前,为 1/4”。 E:表示此料件型式为 ELBOW。 EP:表示料件表面处理等极为 EP。 LE:表示此料件为 VIM+VAR 等级的 EP?4.常用厂牌 : KITZ / HAM-LET / IHARA / SWAGELOK /FUJIKIN….?5.另外大部分 FITTING 又分为三种不同规 格,分别为一般 Type;Union Type 及 Reducing Type。一般型即为平时 所见之焊接型式, Union 型为对接型式 (即直接以 GLAND+NUT 锁紧) Reducing 型类似一 , 般型,唯其两端(三端)尺寸不同。 一般组盘所用接头有两种,分别为 VCR 及 SWG,其中 VCR 需锁紧 1/8 圈,SWG 需锁紧 1 1/4 圈(1/4”以下需锁紧 3/4 圈),方能有效锁紧。 大部分的气体使用之 GASKET 为 Ni 材质, 对 Ni 具侵蚀性* CO CO & O3 – Gasket must be SUS.。

2.1.5

VALVE 阀件:

?1.材质同管件?2.常用种类 : * 手动阀 ( Manual Valve ) a.Ball Valve 球阀

b.Bellows Valve 波纹管阀 c.Diaphragm Valve 膜片阀

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*气动阀 ( Air Valve )

*逆止阀 ( Check Valve ) CHECK VALVE 选取主要依据其尺寸及两 端接头型式决定。Cracking Pressure 为 Check Valve 使气体通过之最小压力。 通常选用 3 psig 以下之型式。NH3 必需使用特殊之 Check Valve, * NH3 – Check valve must be AFLAS type.。

* 其他 ?3.常用厂牌 : KITZ / OHNO / IHARA / MOTOYAMA / NUPRO….?4. 备注: * 高压阀 / 低压阀 -- 依使用场所不同来选择 * 两通阀 / 三通阀 / 四通阀 / ….. : 依需求来选择,注意流向选择

2.1.6

REGULATOR 调压阀:

?1.材质同管件?2. Seat 材质: PCTFE , SS316L , Kel-F81… * N2O – Seat material must be Vespel.?3.常用种类 : * 高压 / 低压 / 一般压力 * 2P 无表头 / 3P or 4P 单表头 或双表头 * VCR / SWG / Flange

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?4. REGULATOR 一般分高压与低压选取,但尚有高流量型式可供选取,另外可 依表头(Gauge)需求加以搭配。?(以 KITZ 为例) * Bulk Gas 一般使用 316L BA 或 316L EP 等级 / VCR 或 SWG 1/4” - R25 系列 3/8” - R35 系列 1/2” - RH1 系列 * Specialty Gas : 毒性 / 易燃性 / 惰性 气体 – 316L EP - L25 or R25 系列 腐蚀性 气体 – VIM + VAR - L25SVA 系列 低压性气体 – 需选择可调负压的 type - L96SSA 系列 (-30”Hg~0~30 psi) 2.1.7 about Pressure Gauge & Transducer ?1.常用种类区别 : * Pressure Gauge

( PG ) 压力表头 , 指针式 , C122

* Pressure Switch ( PS ) 压力开关 , 指针式 , 带传输线 ,IPS 122 * Digital Pressure Gauge ( PID ) 电子式压力表头

* Pressure Transducer ( PT ) 压力传送器

?2. 使用于: 盘面 及 管路上?3. 压力范围大致可分为 : * 高压 (0~3000 psi) * 低压 (-30”Hg~0~30 psi) (-30”Hg~0~160 psi)? 4. 常用电源 : 24V DC , 4~20 mA DC 2.1.8 FILTER 过滤器:
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?1. 功能: 过滤气体中的微粒子 ( Particle )

?2. 过滤等级选择 , 即滤径尺寸(particle size) , 可分为: * 0.01um / 0.03um / 0.003um?3. 中心滤片 (Medium) 材质: PTFE / SS316L / NI * CO – 滤片材质为 PTFE?4. 流量考量 (flow rate) : 分 一般流量 及 大流量 30 slpm / 100 slpm / 300 slpm / 1500 slpm….?5. Connecting type: VCR or SWG or Welding ?6.注意: 一般常用 滤片材质 (以 Mykrolis 为例) * Bulk Gas – PTFE * Specialty Gas : 毒性 / 易燃性 / 惰性 气体 – PTFE 系列 腐蚀性 气体 – PTFE , no SS316L for CO - PTFE type

过 滤 效 防漏性 PTFE (F) SS316L Nickel 好 很好 很好 不好 好 很好

抓取率 > 10.8 6.2 > 10.8

抗腐蚀效 N/A 很差 好

2.1.9 VACUUM GENERATOR 真空产生器: 装于 G/C / G/R / VMB / VMP 作为 Vent 抽气使用 VACUUM GENERATOR 的选取主要在于其接头的尺寸及型式。 Vent out 1/2”

GN2 in
/

?”
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2.1.10 其他: (1)氩气:纯度 99.999 以上,每个钢瓶 6 立方公尺或 7 立方公尺,通常 一瓶每组可使用 2~3 天。 (2)C 型钢:制作支撑架用,有高低脚、双并、有孔等型式。 (3)电工管夹:将管材固定于 C 型钢上,最大可使用至 5/8”之管子。 (4)管束:分单立、双立、P 型等型式,固定管子用。 (5)牙条:吊挂、固定型钢用。 (6)型钢垫片:配合牙条、吊挂型钢用。 (7)弹簧螺帽:置于型钢槽内,锁螺丝或牙条用。

< 符号认识 : >

2.2 一次配管

一次配管( 2.2 一次配管(SPI) )
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2.2.1 BULK GAS SPI 名词: MAIN---主管 SUB MAIN ---副主管 TAKE OFF VALVE 一次配与二次配连接的阀 ISOLATION VALVE 隔离阀 末端阀 BOTTOM VALVE

·1 SCOPE SP1:为由气体的起始流出点(Gas yard)至无尘室中的 Take off Valve ·2 管路形式 Bulk Gas 在 Sub Fab 中的供应系统按其形状可以分为 种。 鱼骨式:MAIN 和 Sub Main 以鱼骨的形状分布

鱼骨式和回路式两

回路式:MAIN 和 Sub Main 构成回路形式

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这两种 BULK GAS 的供应形式各有自己的优缺点,鱼骨式成本比较低,但是 由于气体在 Sub Main 但方向供应的距离比较长,容易产生较大的压降,末端部 分的 TAKE OFF VALVE 容易产生压力不足的情况; 回路式使用 MAIN 从两端向 SUB MAIN 供气的方式,很大程度上降低了压降带来的不良影响,但是由于延 长了 MAIN 的长度,成本比较高。 实际上, 不管鱼骨式还是回路式, 通过科学的计算, 选择适当的压力和管径, 都可以满足厂务的需求,选择哪种方式,主要看业主的需要和选择。 ·3 阀件的选择 *该图为各种阀件在供应系统中的应用位置

*选择的依据: 阀的类型:根据气体的种类 Purge Port:根据管路焊接时 Ar Purge(防止管路内部焊道氧化)的需求 *各位置阀的选择 Isolation Valve (On Main /Submain) Welding with 2 purge port Bottom Valve (On Main /Submain)
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Welding with 2 purge port Take off Valve 3/4" ,15A or larger Size: use welding with outlet purge port valve 1/2" or smaller size: use inlet welding outlet VCR(SWG) with No port valve We alse can choose VCR(SWG) valve as take off vale with no purge port following supplying status 2.2.2 SPECIALTY GAS SPI 名词: GC—Gas Cabinet 气瓶柜 GR—Gas Rack 气瓶架 VMB—Valve Manifold Box VMP—Valve Manifold Panel VDB—Valve Distribution Box VDP—Valve Distribution Panel ·1 SCOPE 为由气体的起始流出点(GC/R)至无尘室中的 VMB/P

·2 气体设备的设计 ●设计流程介绍 : 设计流程介绍 1.客户提出需求 2.设计建议案提出: a) Key-Point Introduction b) Flow Sheet Drawing c) Material Q’ty List 3.箱体,盘面发包组立: a) Material Chosen b) Panel Layout Drawing c) Box Struct Drawing ●Gas Cabinet / Gas Rack 设计 : 1. 功能设计 功能设计可分为 单钢 / 双钢 ( 2 Process ) / 三钢 ( 2 Process + 1 N2 ) 气瓶柜内的钢瓶数设计可分为三种:分别为单钢、双钢、三钢。单钢的设 计通常使用于研究机构或实验室等。制程尚未有量产,气体使用量小,现场可随 时协调停机进行钢瓶之更换,其优点节省空间、成本低、但需透过日常之管理与 协调以免中断制程造成损失。 双钢与三钢常用于量产工厂, 制程不允许停机情况, 当一支钢瓶使用完后,另一支钢瓶 stand by 会自动转为供气,此两种形式最大 的差别是在 purge 管路的纯化氮气是以钢瓶或厂务端供应,当 purge 用的 PN2
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统一由厂务端来供应时,所有特殊气体供应系统不管是否相容,全部连接到同一 个供应源,会有较高的风险值;万一中央供应系统的 PN2 中断,警报系统又损 坏, 恰巧两种不相容的气体同时使用 purge, 此时极有可能发生爆炸的事件发生, 是一种非常好 相同性质可使用同一瓶钢瓶来 purge 增加的成本及空间非常有限, 的应变方式。三钢气柜成本不会差很多安全性会是最好的,只要空间允许应最优 先选择。 2.操作性设计: 操作性设计: 操作性设计 一般气瓶柜都设计有两个特殊气体钢瓶,需自动切换的功能以达到连续供 应不断气的目的,气态气体通常以压力感应器来计算钢瓶的剩余量,若是液态蒸 气压气体则以电子磅秤来侦测剩余量,当一瓶用完时会切换到另一瓶。操作上一 般可分为全自动、半自动、手动三种方式通常换钢瓶时会执行下列几种 Purge: (a)Pre-purge(换钢瓶前) 首先将钢瓶阀关闭,测试是否有关紧,用真空产生器将特殊气体抽出,再用 PN2 来稀释管壁内的特殊气体,重复执行充吹的动作将管壁内的特殊气体稀释 干净,此时即可更换钢瓶 此时即可更换钢瓶。 此时即可更换钢瓶 (b)Post-purge(换钢瓶后) 通常以 PN2 来进行保压测试,测试钢瓶接头是否衔接良好,再利用 PN2 重复执行充吹的动作来将钢瓶接头清洁干净。 (c)Process purge(用特殊气体) 直接用特殊气体来 Purge 管壁,主要的目的是要将 PN2 完全的清除让供 气的品质更好,不会因更换钢瓶而供应品质受到影响。 (d)Hi pressure leak test(高压测漏) 通常高压燃烧性气体会建议使用高压测漏,因为经过高压测漏更能确保 钢瓶接头衔接没问题。 一般钢瓶更换时机大约是剩余 10%的残留量, 但实际上应以制程的需求来 决定,这样才会得到最佳的更换时间。再者,钢瓶都有使用期限,操过使用期限 因为部分特殊气体会对钢瓶造成为腐蚀,污染气源。 为到达上述 1-4 项的功能,其管件的设计就会比较复杂,建议顾客尽量使 用自动的供应系统,若使用手动的方式进行,人员操作需要非常的小心谨慎,只 要任何一项步骤有疏失极可能影响供应的品质,严重时有可能造成人员伤亡。即 使是气瓶架也应该采用自动的供应系统,虽然没危险性,人员操作不当极有可能 造成污染,毕竟要人员重复动作可能几十次,不但需要耗很多的时间,人员也要 集中很多精神来执行,风险等级也相对提高。 3. 气瓶柜管路设计: 气瓶柜管路设计: 认识气瓶柜盘面上的一些设计,以下逐一介绍盘面上重要主件: 1. 气动阀气源:一般以 GN2 来进行控制,不建议使用 CDA,因 GN2 的供应系 统比较稳定,不会因停电或运转设备故障而中断,此气源是用于自动或半自 动的气动阀件开关。 2. 手动控制阀:主要用于第二到防护作为第二次确认用,一般于供应气体的出 口端。 3. 逆止阀:防止特气倒灌到清洁用的 PN2 系统和抽气用的 GN2 系统。 4. 调压阀:用于调整供应系统的供应压力。 5. 压力传送器:是防护系统中非常重要的零件,透过它我们可以判断管路是否 泄漏,相关阀件是否正常开关,同时亦可检知钢瓶的剩余量。
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6. 真空产生器:利用 GN2 快速流动产生吸力,将管路中的气体抽出,以到达抽 气的目的。 7. 气体过滤器:一般在钢瓶出口端会装比较粗的过滤器,在出端会装比较细的 过滤器,有效过滤气体中的粒子,过滤器较不易 purge 所以一般不建议装在 常 purge 的管路中。 8. 过流量侦测器:对管路异常流量进行侦测,若是操过设定值,即判断管路上 可能大量泄漏,进而关闭供应系统停止供气。 9. 限流孔:是一种简易又有效的过流量控制装置,用以限制大量气体流过,一 般使用于 vent 处,其主要功用大量的特殊气体排出,区域性的废气处理机无 法处理的情况发生。 气瓶柜在管路设计上应该特别注意的事项如下: 1. 不相容的气体 purge 管路不可相连在一起。 2. 不相容的气体不能装在同一个气瓶柜内,即使各自独立的供应系统也严重禁 止。 3. 管路大小应依实际制程所需的压力流量来设计。 4. 钢瓶接头型号应事先由业主告知我们以免有接头无法接上的问题。 5. 小钢瓶会使用可调整的支撑架。 6. 阀件材质应依气体特性来选择。 7. 如有考虑扩充性可在出口端加装一个预留扩充阀。 4.安全防护设施: 安全防护设施: 安全防护设施 气瓶柜防护设计,包括外箱的防火与防爆设计、抽风孔、火焰侦测器、消防 洒水头、毒气侦测器、紧急遮断开关、过流量侦测器、温度侦测器、烟雾侦测器、 vent 限流孔、远端遮断等。其中消防洒水头在气瓶柜内的温度操过 65℃时,玻 璃会自动破裂洒水,但要注意有些腐蚀性气体会与水产生强烈反映,建议不安装 消防洒水头。 在气体房内也需装烟雾侦测器及洒水头,以防止气瓶柜以外的地方有火灾, 所有系统应该与中央监控系统连线,并与广播系统连线,一有警报立即疏散相关 人员,由厂区紧急应变小组来进行处理,以免发生危险。 这些相关防护设备在规划时应特别考虑其摆放位置及其实用,如紧急遮断按 钮除气柜上需要外,在气体房外或中央监控系统亦需架设,避免气体外泄人员无 法进入关闭源头的钢瓶; 此外警报警示灯与警报声响亦需在气体房外面明显的位 置架设,以利人员紧急处理时的识别,并规划相关防护器具,如更换钢瓶时所使 用的空气面罩。 为防止地震会在气瓶柜的底部打上膨胀螺丝固定,使其在地震时不至于位 移,地震仪的安装通常有三个感应器,分别装于厂区的三个角落,可避免当有外 力的干扰时(如施工)即造成误动作,一般执行地震切断系统功能,通常会设定两 个地震仪动作才会执行此功能,且设定地震等级为五级。 另一项比较特殊的就是紧急的废气处理设备适用于燃烧性气体,一般时抽风 量只有一半,当特殊气体外泄时,抽风量会全数运转,需与侦测器配合使用,但 受空间限制一般以吸附一瓶特殊气的量作为设计,因为其体积非常大。但因价格 昂贵目前尚未普及。 5.
/

依 气体特性 来设计盘面功能 :
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for example: smic fab2
SPECIFICATION CYLINDER SIZE PRV HC-22 HP-F HP-Ni AFLAS EFS L/C DPS DPG SPLI. TEMP. UV/IR

GAS Type

AUTO SW ITCH

EMO

ESV

FIRE DAMPER

SMOKE EMSO

Z-PURGE DPS 2

Cl2

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Option

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SiH2Cl2

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SiH4

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Option

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W F6

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Option

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Y

安全功能 : Shut Boy 钢瓶阀 , UV/IR 火焰侦测器 , Sprinker 洒水头 , EMO 紧 急 停 气 按 钮 , DPS/DPG 泄 漏 侦 测 器……

GC FLOW SHEET DRAWING

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● VMB/VMP 的设计: 的设计: 一种以供应机台为主, 另一 VMB 内气体种类配置的设计基本上有两种方式: 种以气体种类进行分类,前者较少用也比较不好,虽然它有空间上的优点,但不 相容气体装于同一个箱子内万一泄漏或人员误动作极有可能激烈反应严重甚至 爆炸,相对侦测器的点数会增加,造成成本的负担,未来扩充性也较差,后者的 设计是目前最普遍采用的方式,虽然无法集中,操作可能比较不方便,但气体侦 测点少,安全性高,VMB 设计及操作容易,扩充性佳。 基本上 VMB 与气瓶柜的设计是大同小异的, 只要气瓶柜有的功能在 VMB 亦 可以做,但由于经费的问题一般功能不会做那么好,以手动为主加一个气动阀可 做紧急遮断用。一般 VMB 不常会去操作或动到所以发生泄漏的机率比较低,设 计一般以节省成本为主。 VMB 一般是以业主实际上的需求来设计 2、3、4、5 或其他点数的数目,同时 供应数台机台,亦可加调压阀做二次调压让压力更加的稳定,设定上下警报讯号 做更有效的供应控制。 * Function & Future: 1.2 sticks ~ 10sticks Process Lines –for customer 2.依操作方式可分为 “ 自动” 及“手动” 3.With 1 Pn2 purge line and 1 vacuum line 来洁净管路及相关阀件 ( vacuum line 可省略而经由机台 pump 来抽气) 4.依制程需求可再次调压 5.Main line 扩充阀 / Stick 扩充阀 , 视需求可供未来扩充 6.VMB 之电控箱藉由 GIS 集中控制,并与厂务中控系统衔接 *VMB/VMP 之 Safety : 1.Process Line 供气状况经 PLC (option)与中控系统连线,如有紧急状况可自动 切断气源 2.所有阀件接点及焊道均在箱内,可经由 Damper 抽风功能来减少气体外漏之 危险 3.VMB for Flammable or Pyrophoric gases has UV Detector (option)
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4.Local Shut Down Button (for VMB) 5.防爆钢丝玻璃 6.配置门锁以防不当操作

2.3 二次配管(SPII / Hookup) 二次配管( ) ·1 SCOPE 为由 Take off Valve 或 VMB/VMP 开始至生产机台设备处为止(Hookup) ·2Hookup 配管之设计: 类型: 1、 1) 草图: 依业主提供之基本资料 (厂务需求单, 机台、 VMB/P、 TAKE-OFF、 LAYOUT 图面等) ,简单绘制之图面。 2) 施工图:依据草图协调 Hookup 事宜,经确认无误后绘制而成。发至 现场施工小组,即可依图施工。 3) 竣工图:施工完毕,现场负责人会将现场施工图面收回。依现场施工 修正之施工图,绘制竣工图。 2、 工作程序及方法: 1) 先期工作: 以建立所需之 BLOCK 为主。对绘图而言,底图是重要且必需的参考 依 据,同时也希望业主能够提供。至于如何做分区、界定,则与客户厂 务工程师协调后,再进行底图之分割及最后之图档管理。 2) 工作进行中: a) 以业主提供之 Hookup 图面及资料,进行统合及绘制草图的工作。 原则上草图的统合,是由现场负责人负责-包括资料汇整、位置及 水、气、化、电的点数确认,手绘草图的工作等等。再与设计人员 进行实际的电脑绘图工作。 b) 电脑绘图完成之草图,经现场负责人确认后,交予客户相关之设备 及厂务工程师。协调相关之厂商负责人及客户相关之设备或厂务工 程师,至现场实际套图。为求图面准确性高,则希望业主提供做为 参考之图面及资料能愈详细愈好, 以做为最后确认草图的重要依据。
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若业主提供的图面及资料有修改时,立即进行修改以利完成工作任 务。 c) 协调、修改后经业主相关设备或厂务工程师确认之图面,即为施工 图,可发至现场施工。 3) 后期工作: a) 现场施工小组依图面施工,施工路径与施工图有异时,施工小组将 在图面上作修正。完工后,依现场施工小组修正之图面,绘制竣工 图。 b) 现场负责人与设计人员依竣工图至现场核对, 修正后完成竣工图面。 Hookup 工程,人员及设备之需求视现场实际需要而调配。例如人员工作量 之负荷, 是否进驻现场, 上下班情况等等, 皆须配合业主之要求及预定 Schedule 之时程。一切以正确完成工作为原则。 客户所需提供之图面及资料(以下为参考资料,实际需求以工程为主) 一、图面: 1、 客户厂区 LAYOUT(最好各楼层皆有) GAS:TAKE-OFF,DP,VMB/P LAYOUT 2、 3、 CHEMICAL:TEE-BOX,V-BOX LAYOUT 4、 WATER DP LAYOUT EXHAUST LAYOUT 5、 6、 ELECTRIC POWER DISTRIBUTION LAYOUT 二、DATA: 1、 EQUIPMENT DETAIL LIST(机台设备详细资料) (1)I.D NUMBER (2)TOOL NUMBER (3)INLET POINT,SIZE,FLOW,PRESSURE 2、 各机台使用之 BULK GAS TAKE-OFF 点 3、 各机台使用之 VMB/P 三.S.G 气体使用区域:
氣體種類

Gas Type 氧化性 NF3 v Cl2 HBr SiF4 F2/Kr/Ne F2/Ar/Ne C5F8 BCl3 NO v WF6

易燃性

危害性 毒性 v v v v v v v v v v

腐蝕性

窒息性

CVD v

PVD v

使用區域 DIFF IMP v

v v

ETCH v v v

PHOTO

v v v

v v v

v v v v
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氣體種類 Gas Type CH2F2 CH3F CO C4F6 氧化性 易燃性 v v v v

危害性 毒性 v v v v 腐蝕性 窒息性 CVD PVD

使用區域 DIFF IMP ETCH v v v v PHOTO

四.B.G 使用区域: CDA: T/F T/F GN2; PN2: T/F
HPCDA:

PHOTO DIFF PHOTO

DIFF ETCH DIFF

ETCH CMP ETCH

CMP IMP CMP

IMP LAB IMP

PHOTO

五.S.G 适用机台及制程: 气体种类 适用机台及制程

5%H2/HE F2/KR/NE KR/NE

AMT ENDURA-SEED LAYER(CU)(SPUTTER) SCANNER

AR/H2/O2

AMT ENDURA-SPUTTER

CO2

NOVELLUS VECTOR-CU;DNS FC3000 WET BENCH-ST CLEAN、B CLEAN;DNS SCRUBBER-WAFER SCRUBBER、WAFER RECYCLE KE (Z-III)-START OXIDE;TEL ALPHA 3031-GATE OXIDE、PAD/SAC OXIDE;AMAT ECP(CU)-CU ECP;NOVELLUS ALTUS-W PLUG DEP; AMT RTP-RTA(IMP)

H2/CL2/HBR SIH4/WF6

HE/SF6/NF3 AMT PRODUCER-NOSI、PESN(COSIX、CU)、BD(CU)、BP TEOS、PE CF4/SF6/HCL TEOS、 PEOX; AMT RTP-RTA(CVD)、 RTA(IMP); AMT ENDURA-METAL
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SPUTTER(CVD/TIN);TEL ALPHA 3031-LP TEOS

N2O PH3/HE DCS

AMT PRODUCER;AMT RTP;TEL ALPHA 3031-LP NITRIDE、GATE OXIDE;NOVELLUS VECTOR-SIC(CU)、FSG(CU)

NO/SIH4 CL2

TEL ALPHA 3031-GATE OXIDE

O2/DCS/NF3 KE Z(III)-FLOW/REFLOW、POLY CURING、PAD/SAC OXIDE、START HBR OXIDE;TEL ALPHA 3031-GATE OXIDE;DNS FC3000-B CLEAN、STD CLEAN;NOVELLUS VECTOR-PEFSG、FSG(CU)、SIC(CU)、 PEOX/PESN;AMT RTP-RTA(IMP)

现场配管施工
一、概说: 1、Hook up 配管的范围: 1-1、Bulk gas:由 Take off valve 至机台点。 1-2、Specialty gas:由 VMB/P 各 stick 出口端至机 台点。 1-3、Hook up 配管常用的材料: 1-4、 1-5、tube and fitting:一般常用尺寸为:1/4〞、
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3/8〞、1/2〞、3/4〞,常用材质为:AP、BA、 EP。 1-6、DP 盘(distribution panel) :一般常用尺寸为: 1/4〞、3/8〞1/2〞、3/4〞;组合阀件常见有: 手动阀、 调压阀 (regulator) 接头形式有: ; VCR、 swagelok、welding。 2、确定机台需求:设计人员依业主提供之机台需求单,包 含机台名称、位置、气体需求数据、气源点(take off valve 及 VMB/P)编号,绘制草图。

3、核对现场及机台: 3-1、将 legend 图与现场状况核对,如气源点、管 路路径、上洞点、盘面、门型架、地板开孔及 附属机台位置等。 3-2、待机台定位后,需再确认上述 2-1 项、机台位 置、门型架高度,及机台上各接点气体名称、 接头尺寸、点数等(※在某些设备工程师为新 进人员或机台为首次使用的情况下,经常无法 提供完整的机台需求) 。 4、讨论事项:管路在气源点与机台间是否安装盘面、相同 气体之各接点(或 pump)是否共享盘面、盘面高度及 如何固定等问题,均需与业主事前充分讨论,以免完
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工后再次修改。 5、确认 legend 图及 layout 图: 将定稿之 legend 图及 layout 图,交业主审核无误(或修改)后,再交工程人员备 料施工。 6、绘制竣工图: 现场完工后, 设计人员需再次核对 legend 图及 layout 图与现场状况是否相符,修正后绘制竣工 图一份送交业主、一份存查。

7、 HOOK UP 配管施工 8、确认 legend 图:自设计人员处取得 legend 图,至现场 确认图内各项资料是否相符,如气源点、管路路径、 上洞点等。 9、备料:依 legend 图计算所需材料,备妥待用。 9-1、施工: 9-2、规划管路排列顺序:依各气源点与机台的相关 位置、盘面位置、配管路径及机台接点等,排 列管路顺序(能绘制立体图者尤佳) 。 9-3、安装盘面:在指定的高架地板下,依管路排列 顺序,将相同气体的盘面集中摆设。 9-4、安装门型架:将指定的高架地板,依需求尺寸 开孔后,安装门型架。
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9-5、配管:所排列管路顺序施工。 9-6、注意事项: 6-9-1、配管时使用弯管器或焊接 elbow;弯管器使 用几倍弯;或部分使用弯管部分焊接 elbow, 均需事先了解。 6-9-2、某些机台的附属机台较为复杂,或摆设位置 较远,施工前均需仔细确认。

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现场施工规范
一 高层 1. 3F盘底到高架地板标高170MM。如现场无法架 盘,盘底标高50MM。 2. 2F天花板往下650MM是HOOKUP高层;现 场 CABLE RAY, 管 路 爬 高 至 天 花 板 ; 不 得 穿 越 CABLE TRAY。 3. 2 F VMB/P上方弯管为VMB/P底盘上平面 向上390MM,弯长80MM,高20MM,角 度+ -15 度。 4. 1F SUPPORT 上方100处弯管,BALL AL VE 二 气体标签 1. GAS气体标签有左右方向,不能混用(只有箭头方 向正确,是不合规范的) 。 2. 气体标签要贴正,贴牢 3. 管路标示贴纸其方向、字体、种类需正确不可马虎了 事。黏贴样式依业 主要求不同的管径选择不同尺寸 的管路标示贴纸及粘贴距离。 4. 各式 SWG 及 VCR 接头不可先行锁紧,仅需稍加施 力,以免破坏管材。
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底端与PCW末端相平。

5. 管路施工,水平垂直误差应小于 5%,如有不符,即 需重新施作。 6. 附表则为管路支撑及标示间距表。 SIZE NO 1 2 3 <1/2" 15A-50A >50A 2M 3M 4M DISTANCE

三、材料类 1、FITTING类施工损耗要≤2﹪。 2、 要按规定使用, 不能乱用现场有疑问要与监工联系。 3、组要用各组自己领的料,不得乱用别组的料。 4、组要用各组自己领的料,不得乱用别组的料。 5、场所用SUPPORT现只有两种规格300MM 和600MM。 四、配管及焊接 1.现场焊接的焊工要经过认证,有焊工证的才可进行 焊接动作。 2.弯管要用5倍或10倍弯管器,如现场有特殊情况. (不要随意施工) 。 3.盘面要按图架,管路到3F上洞要按图上的上洞点上
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洞(不要随意施工) 。 4.切管时不可进刀过快。 5.切管,倒角,修端面应让被修端向下。 6.弯管的质量必须平顺,无划伤,压扁,严重变形等 情况。 7.禁止在焊道处作弯管动作。

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现场测试部分
测试流程
气体管路的 QC 指的是要确保管路的外观及管内的各项测 试都合乎客户要求的标准并确保我们的产品的质量达到一定的 水平。 一、 测试前的确认与检查: 1. 图面确认 当管路施工完成时,QA、QC 人员要确认图面是否有 依照工程图施工,以及施工气体管路种类和数量是否 正确,及 take off 使用是否正确。若不正确,应立即 要求下包厂商修改。 2. 外观的确认 阀件使用是否正确,管子尺寸是否正确,管路路径是 否整齐美观,Gas 名称标示是否有贴错气体名称,及 是否依规定贴置,如有问体,立即要求下包商马上修 改。 3. 焊道确认 QA/QC 人员检查焊道之凹凸,或是否过于宽窄时, 其判断的标准为,焊道的凹凸以 1/4〞管子为例,在管 壁厚度 10%以内, 3/8〞以上至 3/4〞之管子是 15%, 15A 以上管子为 20% QA/QC 人员发现焊道质量有问题时,应立即要求下包商修 改,待质量确认没问题,才可做测试。
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二、 测试流程

(一) 保压测试 侦测管路是否有漏气现象,值得注意的是氦测漏采用 真空测试法,管路所承受的压力只有负大气压且时间短,衔 接点或焊道有瑕疵极可能通过测漏, 但在高压长时间考验下 自然不可能维持原状而不被冲破,所以气密试验是绝 相当 可靠的。 记录器之压力范围 (如 0~10Kg/cm2, 0~15Kg/cm2) 或 应与记录纸之压力范围完全相符。 Helium Leak 测试时,务必遵行以 HLD 为中心「由近而远,由上 而下」的原则进行测漏,且 VCR 接头必须用一手手指 压住测漏孔,喷枪则 贴紧另一测漏孔进行喷 He 之动 作。若为焊道或 Swagelok 接头则应以手紧握住测试处 与喷枪, 若可能最好使用无尘手套或 PVC 袋包裹住待 测处与喷枪,以免 He 飘散而达不到测漏之效果与反应 真实漏率。泄漏率的定义为在一已知分压下(pressure differential, mbar/atm) 气 体 的 流 量 1*10-9atm.cc/sec=1*10-9mbar l/sec 10-6 1cc/2 weeks 10-9 1cc/30 years 10-11 1cc/3000 years 氦气泄漏率 1*10-9 mbar l.cc/sec 大约等于 3*10-10 mbar l /sec 空气的泄漏率。 在做 He Leak Test 时务必每一个焊道均做喷氦气测试, 并予以记录。

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(二) H2O 含量测试: 1)使用超纯度氮气作为 purge gas。 2) H2O 测试分析前,PN2 管可

先加热器或加热带加热,以事先除去管壁吸附之水份。 (三) O2 含量测试:
须使用超纯度氮气作为 purge 气体。

(四) Particle 测试: Particle Test 方法在于气体管路使用 N2 吹净后,以管路的末端做 为取样点,再和仪器取样气体入口端衔接,开始作测试,当 N2 气体流经仪器内部检测 Particle 的雷射光轮感应器, 并经电子式 算出的量,每 10 分钟为一个 Cycle (周期)即 10 分钟正好流 过 1 立方尺的气体, 仪器会自动打印出粒径的 Particle , 每种共 有几颗?除业主有特别规定外,一般测试流程为 3 个 Cycle ,3 Cycle 完成后,会再打印出一张总平均数之值。
TSMC 测试标准与参照表格 GAS Bulk Gases 项目 Pressure test Helium leak test Particle test Special Gas Pressure test Helium leak test Particle test O2 test H2O test 标准 8kg/cm2、4 H ,压降≦2% 1*10 9 mbar l/sec 0.1um 1 pcs/scft 8kg/cm2、4 H ,压降≦2% 1*10 9 mbar l/sec 0.1um 1 pcs/scft < 10 ppb < 10 ppb 气体种类 UCA.UN2.CDA.GN2. PN2 GN2.PN2 GN2.PN2 所有 Special Gas 所有 Special Gas 所有 Special Gas 腐蚀/易燃/爆,毒性气体 腐蚀/易燃/爆,毒性气体

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异常事件预防及处理
1. 高架地板下方欲施工管路规划在其它机台下方,或常有无法 施工的情形发生。 (一) 预防措施: 在看单一机台施工图面时,应确实将四周机 台分怖状况及环境一并列入考虑,以免占到附近机台的盘 面位置,上洞口,影响旁边机台的施工。 (二) 施工人员必须了解各系统施工方式及制作之特性各种 基础座的形式 ,真空管路倾斜角度及路径是否与基座冲 突。自 动焊接与手焊材料使用上差异与现场施工空间之 影响。 2. 施工初期现场环境常与图面不符,造成和其它系统冲突。 在 Hook up 初期,此种情形很难避免不发生。最好应施工前 至现场确认图面的正确性。同时必须建立与厂务,设备,制程及一 次侧信息的畅通管道,提高施工图的正确性。 3 . 对于设备需求不了解,无法判断业主给予的信息正确性,常 发生规划使用点不理想,造成路径太远或二次施工,浪费材料 成本。 (一) 设计人员与监工必须要有较强的专业知识, 以判断机台 资料的正确性与否。 (二) 在会勘的时候与机台装机厂商多次确认与核对现场机 台与机台需求表是否存在差异,没有的话我们就施工; 有差异的话,一定要尽可能确认后,再施工;尽量减少 错误施工,反复施工的机会。

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