大宗气体及特殊气体

1/37/GAS系统基础知识2/37/概述HOOK-UP专业认知一、厂务系统HOOKUP定义HOOKUP乃是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。HOOKUP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(PORTORSTICK),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。HOOKUP项目主要包括∶CAD，MOVEIN，COREDRILL，SEISMIC，VACUUM，GAS，CHEMICAL，D.I,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC,DRAIN.3/37/二、GASHOOK-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BuckGas（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（MainPiping）至次主管线（Sub-MainPiping）之TakeOff点称为一次配（SP1Hook-up），自TakeOff出口点至机台（Tool）或设备（Equipment）的入口点，谓之二次配（SP2Hook-up）。以SpecialtyGas（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（GasCabinet）。自G/C出口点至VMB（ValveMainfoldBox.多功能阀箱）或VMP（ValveMainfoldPanel多功能阀盘）之一次测（Primary）入口点，称为一次配（SP1Hook-up），由VMB或VMPStick之二次侧（Secondary）出口点至机台入口点谓之二次配（SP2Hook-up）。4/37/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（BULKGAS）与特殊气体（SPECIALTYGAS）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胁的气体，如SiH4、NF3等1.1BulkGas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(CleanDryAir/InstrumentAir)：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(CleanDryAir)。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。5/37/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6/37/Methods:BulkGasSupplySystembeforeFabBulkGasSupplySysteminFab-OOO--He-OOO-OH2----O-Ar----OOO2----OON2O-----CDACompressorBundleTrailerContainerStoragetankProducedon-siteGASTYPE7/37/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InertGas1.特殊气体特性简介8/37/*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)SpecialtyGasSupplySystemSpecialtyGasSupplySystem-Equipmentineveryfloor9/37/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）10/37/5.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/roll2.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+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.others…11/37/•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):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