厂务大宗气体及特殊气体系统知识.docx

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厂务大宗气体及特殊气体系统知识

系

统

基

础

知

识

概述

专业认知

一、厂务系统定义

乃是藉由连接以传输使机台达到预期的功能。

是将厂务提供的（如水,电,气,化学品等）,经由预留之连接点（）,藉由管路及电缆线连接至机台及其附属设备（）。

机台使用这些,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。

项目主要包括∶，，，，，，，,.

二、专业知识的基本认识

在半导体厂，所谓气体管路的（配管衔接）以（一般性气体如、2、2、2、、、H2等）而言，自供气源之气体存贮槽出口点经主管线（）至次主管线（）之点称为一次配

（1），自出口点至机台（）或设备（）的入口点，谓之二次配

（2）。

以（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（）。

自出口点至（.多功能阀箱）或（多功能阀盘）之一次测（）入口点，称为一次配

（1），由或之二次侧（）出口点至机台入口点谓之二次配

（2）。

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（）与特殊气体（）两大类。

前者为使用量较大之气体，如N2、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胁的气体，如4、3等

1.1介绍

半导体厂所使用的大宗气体，一般有：

、2、2、、2、2、等七种。

1．大宗气体的制造：

/（/）：

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（）。

2（）：

利用压缩机压缩冷却气体成液态气体，经过触媒转化器，将反应成2，将H2反应成H2O，再由分子筛吸附2、H2O，再经分溜分离O2&。

N2=-195.6℃，O2=-183℃。

2（）：

将2经由纯化器（）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。

2（）：

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、、。

另外可由水电解方式解离H2＆O2，产品液化后易于运送储存。

（）：

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。

2（）：

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。

（）：

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。

-268.9℃，-161.4℃。

2．大宗气体在半导体厂的用途：

：

主要供给内气动设备动力气源及吹净（），助燃。

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：

供给制程氧化剂所需及制程中供给氧化制程用，供给O3所需之氧气供应及其它制程所需。

：

供给制程，离子溅镀热传导介质，稀释及惰性气体环境。

H2：

供给炉管设备燃烧造成湿氧环境，制程中做H2之用，制程中作为6之还原反应气体及其它制程所需。

：

供给化学品输送压力介质及制程芯片冷却。

3的供应系统

:

-

O

O

O

-

-

-

O

O

O

-

O

H2

-

-

-

-

O

-

-

-

-

-

O

O

O2

-

-

-

-

O

O

N2

O

-

-

-

-

-

大宗气体（）虽然不像特殊气体（），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。

2、2、、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。

2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。

2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

*毒性气体

*腐蚀性气体

*低压性/保温气体

*惰性气体

1.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4,3,H2,….

*毒性气体:

反应性极强,强烈危害人体功能,如,3,….

*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3,42,….

*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6,3,,….

*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166%以下时,便会影响人体,甚至死亡,如6,C4F8,N2O,….

2.供应系统简介

*（）气瓶柜

*（）气瓶架

*（）特殊气体大量供应系统

*,集束钢瓶

*槽车

*主阀箱/主阀盘（）

*阀箱/阀盘（）

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

（1）及二次配管（2，

又称）。

1：

为由气体的起始流出点（）至无尘室中的或（）（）。

2：

为由或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。

之设计应配合气体类型考量，一般分为及两大类。

2.1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（）

2.1.1材料区分：

1.&（管件）

2.（配件）

3.（阀件）

4.（调压阀）

5.（逆止阀）

6.（过滤器）

7.（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–////….

•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–¼”/¾”/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

*///…..

2.1.3&管件：

•1.定义:

*:

以公称内径（）配合壁厚作为量度之尺寸.

*:

以外径（）及壁厚作为量度之尺寸.

*规格:

6M4M100M

2.常用材质:

304304L&316/316L&&22…

3.表面处理等级:

–表面研磨

–表面研磨+电解研磨

•4.等级:

*一般使用316L或316L等级

*:

易燃性/惰性气体–316L

毒性–双套管（304+316L）/单管316L

腐蚀性气体–+

低压性气体316L++

2.1.4配件：

•1.材质同管件

•2.常用种类:

++

…

•3.型式及规格:

一般可分为///螺牙接头

尺寸从1/8“~1”（）及1/4“~300A（）皆有,

又分短接头（）长接头（）&（以作说明）:

40E

：

表示公司对的分类，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。

：

表示料件表面处理等极为。

：

表示此料件为等级的

•4.常用厂牌:

///….

•5.另外大部分又分为三种不同规格，分别为一般；及。

一般型即为平时所见之焊接型式，

型为对接型式（即直接以锁紧），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，分别为及，其中需锁紧1/8圈，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为材质，对具侵蚀性*&O3–.。

2.1.5阀件：

•1.材质同管件

•2.常用种类:

*手动阀（）

球阀

波纹管阀

膜片阀

*气动阀（）

*逆止阀（）选取主要依据其尺寸及两端接头型式决定。

为使气体通过之最小压力。

通常选用3以下之型式。

3必需使用特殊之，*3–.。

*其他

•3.常用厂牌:

////….

•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调压阀：

•1.材质同管件

•2.材质:

316L,81…*N2O–.

•3.常用种类:

*高压/低压/一般压力

*2P无表头/3P4P单表头或双表头

*//

•4.一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（）需求加以搭配。

•（以为例）

*一般使用316L或316L等级/或

1/4”-R25系列

3/8”-R35系列

1/2”-1系列

*:

毒性/易燃性/惰性气体–316L-L25R25系列

腐蚀性气体–+-L25系列

低压性气体–需选择可调负压的-L96系列

（-30”0~30）

2.1.7a&

•1.常用种类区别:

*（）压力表头,指针式,C122

*（）压力开关,指针式,带传输线122

*（）电子式压力表头

*（）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）

*低压（-30”0~30）

（-30”0~160）

•4.常用电源:

24V,4~20

2.1.8过滤器：

•1.功能:

过滤气体中的微粒子（）

•2.过滤等级选择,即滤径尺寸（）,可分为:

*0.01/0.03/0.003

•3.中心滤片（）材质:

/316L/*–滤片材质为

•4.流量考量（）:

分一般流量及大流量

30/100/300/1500….

•5.:

•6.注意:

一般常用滤片材质（以为例）

*–

*:

毒性/易燃性/惰性气体–系列

腐蚀性气体–,316L

-

2.1.9真空产生器：

装于///作为抽气使用

的选取主要在于其接头的尺寸及型式。

1/2”

2¼”

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

2.2一次配管（）

2.2.1

名词：

主管

副主管

一次配与二次配连接的阀

隔离阀

末端阀

·1

1：

为由气体的起始流出点（）至无尘室中的

·2管路形式

在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：

和以鱼骨的形状分布

回路式：

和构成回路形式

这两种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，末端部分的容易产生压力不足的情况；回路式使用从两端向供气的方式，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

：

根据管路焊接时（防止管路内部焊道氧化）的需求

*各位置阀的选择

（Main）

2

（Main）

2

3/4",15A:

1/2":

（）

（）

2.2.2

名词：

—气瓶柜

—气瓶架

—

—

—

—

·1

为由气体的起始流出点（）至无尘室中的

·2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）

b）

c）Q’

3.箱体,盘面发包组立:

a）Chosen

b）

c）

●/设计:

1.功能设计可分为单钢/双钢

（2）/三钢（2+1N2）

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，另一支钢瓶会自动转为供气，此两种形式最大的差别是在管路的纯化氮气是以钢瓶或厂务端供应，当用的2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2中断，警报系统又损坏，恰巧两种不相容的气体同时使用，此时极有可能发生爆炸的事件发生，相同性质可使用同一瓶钢瓶来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：

（a）（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2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。

（b）（换钢瓶后）

通常以2来进行保压测试，测试钢瓶接头是否衔接良好，再利用2重复执行充吹的动作来将钢瓶接头清洁干净。

（c）（用特殊气体）

直接用特殊气体来管壁，主要的目的是要将2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）（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：

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2来进行控制，不建议使用，因2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2系统和抽气用的2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2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，过滤器较不易所以一般不建议装在常的管路中。

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：

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、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:

:

2

安全功能:

钢瓶阀,火焰侦测器,洒水头,

紧急停气按钮,泄漏侦测器……

●的设计：

内气体种类配置的设计基本上有两种方式：

一种以供应机台为主，另一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，设计及操作容易，扩充性佳。

基本上与气瓶柜的设计是大同小异的，只要气瓶柜有的功能在亦可以做，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。

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。

*&:

1.2~10–

2.依操作方式可分为“自动”及“手动”

3121来洁净管路及相关阀件

（可省略而经由机台来抽气）

4.依制程需求可再次调压

5扩充阀/扩充阀,视需求可供未来扩充

6之电控箱藉由集中控制,并与厂务中控系统衔接

*之:

1供气状况经（）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,可经由抽风功能来减少气体外漏之危险

3．（）

4（）

5.防爆钢丝玻璃

6.配置门锁以防不当操作

●

2.3二次配管（/）

·1

为由或开始至生产机台设备处为止（）

·2配管之设计：

1、类型：

1）草图：

依业主提供之基本资料（厂务需求单，机台、、、图面等），简单绘制之图面。

2）施工图：

依据草图协调事宜，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。

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