大宗气体及特殊气体之欧阳美创编文档格式.docx

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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。

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），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:

BulkGasSupplySystembeforeFab

BulkGasSupplySysteminFab

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

*低压性/保温气体HeatGas

*惰性气体InertGas

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（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）

SpecialtyGasSupplySystem

SpecialtyGasSupplySystem-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SpecialityGas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–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

*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/roll

2.常用材质:

SS304/SS304L&

SS316/SS316L&

VIM+VAR&

HC-22…

3.表面处理等级:

BA–BrightAnneal表面研磨

EP–ElectroPolish表面研磨+电解研磨

•4.等级:

*BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级

*SpecialtyGas:

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+WarmCover

2.1.4FITTINGS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…

•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）:

ProductNameSizeSizeforothersideTypeSpecificationMaterial

SCM40EEPLE

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；

UnionType及ReducingType。

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&

O3–GasketmustbeSUS.。

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（CheckValve）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，*NH3–CheckvalvemustbeAFLAStype.。

*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…*N2O–SeatmaterialmustbeVespel.

•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/Flange

•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）

*BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级/VCR或SWG

1/4”-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”Hg~0~30psi）

2.1.7aboutPressureGauge&

Transducer

•1.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（0~3000psi）

*低压（-30”Hg~0~30psi）

（-30”Hg~0~160psi）

•4.常用电源:

24VDC,4~20mADC

2.1.8FILTER过滤器：

•1.功能:

过滤气体中的微粒子（Particle）

•2.过滤等级选择,即滤径尺寸（particlesize）,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（flowrate）:

分一般流量及大流量

30slpm/100slpm/300slpm/1500slpm….

•5.Connectingtype:

VCRorSWGorWelding

•6.注意:

一般常用滤片材质（以Mykrolis为例）

*BulkGas–PTFE

毒性/易燃性/惰性气体–PTFE系列

腐蚀性气体–PTFE,noSS316L

forCO-PTFEtype

2.1.9VACUUMGENERATOR真空产生器：

装于G/C/G/R/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”

GN2in¼

”

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（SPI）

2.2.1BULKGASSPI

名词：

MAIN---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

SP1：

为由气体的起始流出点（Gasyard）至无尘室中的TakeoffValve

2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）

Weldingwith2purgeport

BottomValve（OnMain/Submain）

Weldingwith2purgeport

TakeoffValve

3/4"

15AorlargerSize:

useweldingwithoutletpurgeportvalve

1/2"

orsmallersize:

useinletweldingoutletVCR（SWG）withNoportvalve

WealsecanchooseVCR（SWG）valveastakeoffvalewithnopurgeportfollowingsupplyingstatus

2.2.2SPECIALTYGASSPI

GC—GasCabinet气瓶柜

GR—GasRack气瓶架

VMB—ValveManifoldBox

VMP—ValveManifoldPanel

VDB—ValveDistributionBox

VDP—ValveDistributionPanel

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:

1.客户提出需求

2.设计建议案提出:

a）Key-PointIntroduction

b）FlowSheetDrawing

c）MaterialQ’tyList

3.箱体,盘面发包组立:

a）MaterialChosen

b）PanelLayoutDrawing

c）BoxStructDrawing

●GasCabinet/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：

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