大宗气体及特殊气体 2Word格式文档下载.docx

1、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。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H2O2，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H2O2，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

2、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），LocalScrubber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O3Generator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

3、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H2BAKE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.BULKGAS的供应系统Methods:BulkGasSupplySystembeforeFabBulkGasSupplySysteminFab大宗气体（BULKGAS）虽然不像特殊气体（SPECIALITYGAS），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

4、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FlammableGas*毒性气体ToxicGas*腐蚀性气体CorrosiveGas*

5、低压性/保温气体HeatGas*惰性气体InertGas1.特殊气体特性简介*易燃性气体: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

6、,.2.供应系统简介*GC（GasCabinet）气瓶柜*GR（GasRack）气瓶架*BSGSSystem（BulkSepcialgassupplysystem）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（ValveDistributionBox/Panel）*VMB阀箱/VMP阀盘（ValveManifoldBox/Panel）SpecialtyGasSupplySystemSpecialtyGasSupplySystem-Equipmentineveryfloor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

7、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（Gasyard/Gascabinet）至无尘室中的TakeoffValve或VMB（Valvemanifoldbox）/VMP（Valvemanifoldpanel）。SP2：为由TakeoffValve或VMB/VMP开始至生产机台设备处为止（Hookup）。所使用管材以1/4”、3/8”、1/2”、3/4”为主。Piping之设计应配合气体类型考量，一般分为BulkGas及Sp

8、ecialityGas两大类。2.1Material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）5.CHECKVALVE（逆止阀）6.FILTER（过滤器）7.VACUUMGENERATOR（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

9、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.2.1.3TUBE&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/stickor4M/stickor100M/roll2.常用材质:SS304/SS304L&SS316/SS316L&VIM+VAR&HC-223.表面处理等级:BABrightAnneal表面研磨EPElectroPolish表面研磨+电解研磨4.等级:*BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级*Spec

10、ialtyGas:易燃性/惰性气体316LEP毒性双套管（304AP+316LEP）/单管316LEP腐蚀性气体VIM+VAR低压性气体-316LEP+HeaterLine+WarmCover2.1.4FITTINGS配件：1.材质同管件2.常用种类:a.Nut+Gland+Gasketb.Elbow,Tee,Reducerc.Cap,Plugd.Connectore.others3.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（l

11、ong）&SCF（以Kitz作说明）:ProductNameSizeSizeforothersideTypeSpecificationMaterialSCM40EEPLESCM：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EP4.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；UnionType及ReducingT

12、ype。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11/4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，CO对Ni具侵蚀性*CO&O3GasketmustbeSUS.。2.1.5VALVE阀件：*手动阀（ManualValve）a.BallValve球阀b.BellowsValve波纹管阀c.DiaphragmValve膜片阀*气动阀（AirValve）*逆止阀（Ch

13、eckValve）CHECKVALVE选取主要依据其尺寸及两端接头型式决定。CrackingPressure为CheckValve使气体通过之最小压力。通常选用3psig以下之型式。NH3必需使用特殊之CheckValve，*NH3CheckvalvemustbeAFLAStype.。*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2.1.6REGULATOR调压阀：2.Seat材质:PCTFE,SS316L,Kel-F81*N2OSeatmaterialm

14、ustbeVespel.3.常用种类:*高压/低压/一般压力*2P无表头/3Por4P单表头或双表头*VCR/SWG/Flange4.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）*BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级/VCR或SWG1/4”-R25系列3/8”-R35系列1/2”-RH1系列毒性/易燃性/惰性气体316LEP-L25orR25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”Hg030psi）2.1.7 aboutPress

15、ureGauge&Transducer1.常用种类区别:*PressureGauge（PG）压力表头,指针式,C122*PressureSwitch（PS）压力开关,指针式,带传输线,IPS122*DigitalPressureGauge（PID）电子式压力表头*PressureTransducer（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（03000psi）*低压（-30”Hg030psi）（-30”Hg0160psi）4.常用电源:24VDC,420mADC2.1.8FILTER过滤器：1.功能:过滤气体中的微粒子（Particle）2.过滤等级选择,即滤径尺

16、寸（particlesize）,可分为:*0.01um/0.03um/0.003um3.中心滤片（Medium）材质:PTFE/SS316L/NI*CO滤片材质为PTFE4.流量考量（flowrate）:分一般流量及大流量30slpm/100slpm/300slpm/1500slpm.5.Connectingtype:VCRorSWGorWelding6.注意:一般常用滤片材质（以Mykrolis为例）*BulkGasPTFE毒性/易燃性/惰性气体PTFE系列腐蚀性气体PTFE,noSS316LforCO-PTFEtype2.1.9VACUUMGENERATOR真空产生器：装于G/C/G/R/

17、VMB/VMP作为Vent抽气使用VACUUMGENERATOR的选取主要在于其接头的尺寸及型式。Ventout1/2”GN2 in?”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23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。2.2一次配管2.2一次配管（SPI）2.2.1BULKGASSPI名词：MAI

18、N-主管SUBMAIN-副主管TAKEOFFVALVE一次配与二次配连接的阀ISOLATIONVALVE隔离阀BOTTOMVALVE末端阀1SCOPE为由气体的起始流出点（Gasyard）至无尘室中的TakeoffValve2管路形式BulkGas在SubFab中的供应系统按其形状可以分为鱼骨式和回路式两种。鱼骨式：MAIN和SubMain以鱼骨的形状分布回路式：MAIN和SubMain构成回路形式这两种BULKGAS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SubMain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TAKEOFFVALVE容易产生压力不足的情况；回

19、路式使用MAIN从两端向SUBMAIN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PurgePort：根据管路焊接时ArPurge（防止管路内部焊道氧化）的需求*各位置阀的选择IsolationValve（OnMain/Submain）Weldingwith2purgeportBottomValve（OnMain/Submain）Tak

20、eoffValve3/4,15AorlargerSize:useweldingwithoutletpurgeportvalve1/2orsmallersize:useinletweldingoutletVCR（SWG）withNoportvalveWealsecanchooseVCR（SWG）valveastakeoffvalewithnopurgeportfollowingsupplyingstatus2.2.2SPECIALTYGASSPIGCGasCabinet气瓶柜GRGasRack气瓶架VMBValveManifoldBoxVMPValveManifoldPanelVDBValveD

21、istributionBoxVDPValveDistributionPanel为由气体的起始流出点（GC/R）至无尘室中的VMB/P2气体设备的设计设计流程介绍:1.客户提出需求2.设计建议案提出:a）Key-PointIntroductionb）FlowSheetDrawingc）MaterialQtyList3.箱体,盘面发包组立:a）MaterialChosenb）PanelLayoutDrawingc）BoxStructDrawingGasCabinet/GasRack设计:1.功能设计可分为单钢/双钢（2Process）/三钢（2Process+1N2）气瓶柜内的钢瓶数设计可分为三种

22、：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standby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

23、炸的事件发生，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，是一种非常好的应变方式。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：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

24、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。（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）Processpurge（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）Hipressureleaktest（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，

25、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：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G

26、N2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。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