《半导体厂务项目工程管理》课件-7.气体的分类

半导体厂务项目工程管理项目七气体的分类任务7.1大宗气体的介绍任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】什么是大宗气体在半导体生产过程中，大宗气体（BulkGases）是指大量使用的气体，它们参与半导体产线几乎全部的生产过程，主要用作环境气、保护气、清洁气和运载气等。大宗气体的主要种类有压缩干燥空气CDA、氮气N2、氧气O2、氩气Ar、氢气H2、氦气He等。任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】大宗气体的种类及工艺用途（1）CDACDA是指经过空气压缩机压缩后经干燥压力高于大气压的空气。一般用作厂务系统气动设备如空气泵的气源或者一般冲吹的气体。任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】大宗气体的种类及工艺用途（2）氮气氮气是半导体制造过程中最常用的大宗气体之一。根据氮气纯度的不同，氮气可以分为纯度为99.9999%的GN2（GeneralNitrogen）和纯度更高的99.9999999%的PN2（ProcessNitrogen）。GN2一般用于装置、气体管道的吹扫，洁净冲吹，以及稀释装排气浓度。PN2一般用于稀释调整气瓶气体浓度、超洁净冲吹和制程反应气体。任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】大宗气体的种类及工艺用途（3）氧气氧气在半导体制造中主要用作氧化剂，参与多种化学反应，提高半导体材料的性能和质量。氧气用于氧化工艺，在半导体制造中可以生成氧化层（如二氧化硅）以绝缘或保护芯片。也可用于等离子刻蚀工艺中作为反应气体。任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】大宗气体的种类及工艺用途（4）氩气氩气作为一种惰性气体，化学性质稳定，能够提供稳定的离子束和高温环境，有利于半导体材料的沉积和加工。氩气广泛应用于等离子体工艺、物理气相沉积（PVD）以及溅射工艺中，可以提高沉积膜的质量和可重复性，减少死区的形成。任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】大宗气体的种类及工艺用途（5）氢气氢气具有强还原性，能够有效去除半导体材料表面的杂质，提高材料的纯净度和性能。氢气在半导体制造中主要用于外延生长（如硅、砷化镓等材料的外延层沉积），可作为还原气体与氧化物等表面杂质发生反应，将其还原成气体，从而去除半导体材料表面的氧化层，提高材料的纯度和质量。任务7.1大宗气体的介绍【相关知识】大宗气体的种类及工艺用途（6）氦气氦气是一种稀有气体，具有优异的物理和化学性质，能够满足半导体制造中一些特殊工艺的需求。氦气在半导体制造中主要用于光刻、干刻、化学气相沉积（CVD）等中的一些特殊工艺过程，如作为冷却气体或保护气体。由于其极低的沸点和高热导率，氦气在超低温环境中具有独特的应用价值。大宗气体气源的供应任务7.1大宗气体的介绍1.CDA制备任务7.1大宗气体的介绍2.氮气制备1）液氮储罐供气任务7.1大宗气体的介绍2.氮气制备2）现场制氮任务7.1大宗气体的介绍3.氧气制备1）钢瓶组供气这是目前应用最为广泛的一种方式，尤其在晶圆工厂中。直接购买气体供应商的成品高纯氧气钢瓶供制造端使用。该方式具有投资较少、使用方式灵活的优点，且电耗及制气成本也比较低廉。任务7.1大宗气体的介绍3.氧气制备2）超低温液氧储罐供气任务7.1大宗气体的介绍3.氧气制备3）现场制氧任务7.1大宗气体的介绍4.氢气制备1）钢瓶组供气这是最基本且常见的氢气供应方式。对于氢气用量适中的半导体厂，钢瓶组可以满足生产需求。钢瓶组通常由多个高压氢气钢瓶组成，通过管道系统连接至生产线，实现氢气的稳定供应。钢瓶组供应方式具有灵活性高、易于安装和维护等优点。任务7.1大宗气体的介绍4.氢气制备2）现场制氢任务7.1大宗气体的介绍5.氩气制备对于小型半导体厂，瓶装氩气是一种经济便捷的选择。瓶装氩气通常由专业的气体供应商提供，通过钢瓶进行储存和运输。使用时，将钢瓶连接至生产线即可实现氩气的供应。任务7-2特殊气体的介绍任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】什么是特殊气体特殊气体是指那些在特定领域中应用的，对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。在目前工艺技术较为先进的半导体晶圆代工厂的制造过程中，全部工艺步骤超过450道，其中大约要使用50种不同种类的气体。除了大宗气体，特殊气体主要指各种掺杂用气体、外延用气体、离子注入用气体、刻蚀用气体以及其他为各种制程设备所使用的惰性气体等。任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（1）按特气在压力容器中的状态分类特气在运输、储存、输送过程中都是充装在压力容器中。在一般填充压力和温度下始终保持气体形式存在的称之为永久性气体，而发生液化现象的气体，称之为液化气。液化气又分为两种类型，高压液化气如：HCl（氯化氢）、N2O（一氧化二氮）；低压液化气如：NH3（氨气）、Cl2（氯气）、PH3（磷烷）。监控永久性气体残余量的方法————压力监控监控液化气的残余量————————重量监控。任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（2）按特气比重分类以空气分子量为分界点，工业中常见的比空气轻的气体有：H2、He、NH3、CH4（甲烷）等等；比空气重的气体有：AsH3（砷烷）、PH3、SiH4（甲硅烷）、CF4（四氟化碳）等等。比重轻————抽风位置和气体采样点在钢瓶上方比重重————抽风位置和气体采样点在钢瓶下方任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（3）按特气的化学性质分类易燃性气体包含有自燃、易燃、可燃气体等，如常温下的SiH4气体只要与空气接触就会燃烧；当环境温度达到一定时，PH3与B2H6（乙硼烷）等气体也会产生自燃。可燃易燃气体都有一定的着火燃烧爆炸范围，范围越大的气体其爆炸燃烧危险性就越高，如B2H6的爆炸上限为98%，爆炸下限为0.9%。代表性的易燃性气体有SiH4、Si2H6（乙硅烷）、NH3、PH3、B2H6、ClF3等。任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（3）按特气的化学性质分类毒性气体反应性极强，严重危害人体功能。代表性的毒性气体有NO（一氧化氮）、C4F6（六氟丁二烯）、C5F8（八氟环戊烯）、NF3（三氟化氮）、CH3F（氟甲烷）等。这些气体在工作环境中的允许浓度极微，因此在贮存、输送以及使用的过程中都要求特别的小心。一般都应该采取特定的技术措施来控制使用这些气体。任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（3）按特气的化学性质分类腐蚀性通常同时也兼有较强的毒性。腐蚀性气体在干燥状态下一般不易侵蚀金属，但在遇到水的环境下就显示出很强的腐蚀性，危害人体。常见的腐蚀性气体有HCl、HF（氟化氢）、PCl3（三氯化磷）、SiF4（四氟化硅）、ClF3（三氟化氯）、WF6（六氟化钨）等。任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（3）按特气的化学性质分类惰性气体隋性气体本身一般不会直接对人体产生伤害，但惰性气体具有窒息特性，在密闭空间若发生泄漏会使人窒息而造成事故。常见的惰性气体有C2F6（六氟乙烷）、CF4（四氟甲烷）、SF6（六氟化硫）、CHF3（三氟甲烷）等。任务7-2特殊气体的介绍【相关知识】特殊气体的分类（3）按特气的化学性质分类氧化性气体这类气体有较强的氧化性，一般同时具有其他特性，如毒性或腐蚀性等。常见的氧化性气体有ClF3、Cl2、NF3、NO等。特气供应系统任务7-2特殊气体的介绍对于半导体厂特殊气体的供应方式，目前应用最为广泛的是采用外购气体钢瓶或钢瓶组来输送供气，具有投资较少，使用方式灵活的优点。任务7-3气柜操作及故障排查1.系统登陆1.系统登陆2.换瓶吹扫2.换瓶吹扫2.换瓶吹扫2.换瓶吹扫2.换瓶吹扫2.换瓶吹扫2.换瓶吹扫3.送气操作3.送气操作3.送气操作3.送气操作4.气瓶柜故障排查故障类型排查方案输送压力LPT高a.可将调压阀逆时针旋转，减小出口压力（不可调节太大）b.需确认调压阀是否发生内漏输送压力LPT低a.可将调压阀顺时针旋转，增大出口压力（不可调节太大）b.说明机台认使用流量较大钢瓶压力HPT高a.该报警说明钢瓶压力高（HPT），一般发生于液化气体气瓶柜b.可能是温度升高导致液化气体的蒸气压升高c.一般报警点可设定为：对应HPT的满量程×（75％～85％）钢瓶压力HPT低a.该报警说明钢瓶压力（HPT)低，提示气瓶柜将切换。b.若是气体钢瓶，可设定为：满瓶压力×(20％～30％）c.若是液化气体钢瓶，可设定为：满瓶压力×(75％～85％）双瓶自动切换失败a.若是气体钢瓶且另一侧已Standby且设置为“停本侧”，气瓶柜将自动切换并弹出报警。b.若是液化气体钢瓶，可设定为：满瓶压力×（70％～75％）。报警发生且另一侧standby且设置为“停本侧”，会自动切换。液体净重W/S低a.该报警说明钢瓶重量（W.S)低，提示气瓶柜将切换。b.液化气体钢瓶才会有此报警c.报警点可设定为：满瓶液体净重×（20％～30％）且“皮重”重量>已设定4.气瓶柜故障排查故障类型排查方案真空度不足报警a.VPT当前值低于设置3中抽真空真空b.检查GN2压力，确认在正常范围内吹扫N2不足a.HPT当前值低于设置3中吹扫N2压力低限b.检查吹扫N2压力，确认在正常范围内保压压力不足a.HPT当前值低于设置3中正压保压压力低限b.检查保压N2压力，确认在正常范围内正压保压失败a.正压保压时压力变化高于设置3中正压保压可接受压力变化范围b.重新拆除钢瓶，更换垫片(若需要)，重新拧紧，再次执行正压保压负压保压失败a.正压保压时压力变化高于设置3中负压保压可接受b.压力变化范围b.再次确认钢瓶阀门已经关闭任务7-4GMS系统介绍任务7-4GMS系统介绍【相关知识】特气监控及侦测系统（GMS、GDS）气体监控系统（GMS）主要包含特制品气体设备监控和气体侦测系统（GDS，GasDetectorSytem）。GMS主要是对气体设备运行状态的实时监控和记录，例如输送压力如何，设备有无异常、警报等。同时GMS具有多种历史查询功能，可反馈记录时间内任一时段的压力曲线、报警记录等。GDS主要由气体探测器、报警控制器和装有专门软件的计算机组成。报警控制器通过PLC联动控制特气设备气动阀的电磁阀，并发出声光报警。某些GDS的报警控制器还联动相应的风机，一旦特气泄漏除了自动关闭特气设备供气阀门外，还能启动该房间的强制排风。任务7-4GMS系统介绍【相关知识】特气监控及侦测系统（GMS、GDS）GMS及GDS系统一般设置一级报警和二级报警两个级别，对应黄色和红色声光警报。GMS系统中警报的设定值一般是根据工艺要求的特气输送压力来设定的。GDS的警报值是根据该特气的TLV值来设定的。一般GDS系统一级警报的设定值为该特气的TLV值的一半，二级警报的设定值为该特气的TLV值。GMS系统的搭建任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建半导体厂GMS系统的组成部分包括硬件部分（如PLC、现场侦测器仪表、声光报警器、紧急切断按钮等）、软件部分（如监控软件、数据分析与记录功能、远程监控与管理功能等）以及系统集成部分。任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建1.GMS网络架构和布局点位一个代表性的半导体厂GMS网络架构如图所示。该架构为两层交换机架构，上层为冗余环网，下层为非网管型交换机，负责下游设备；一旦网络中任意一链路断线，冗余环网便可在20ms内迅速恢复通讯，保证自动化系统的无间断运行。任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建1.GMS网络架构和布局点位搭建好网络架构后，各个传感器分部在气体输送系统的气柜GC和阀箱VMB处，以监测气体浓度或进行报警提示任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建2.点位气体侦测器气体侦测器在GMS系统主要用于针对供气设备进行连续不间断的采样分析。气体侦测器一般选用电化学泵吸式侦测器，侦测器输入电压为DC24V。当侦测器正常工作时，侦测器采样流量达到500ml/min。任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建2.点位气体侦测器气体侦测器一般安装在供气设备上或其附件，以尽量缩短侦测器的采样管路。对于防爆区域的侦测器需配置防爆箱体，达到防爆的要求或侦测器安装就近非防爆区域采样在防爆房间。对于环境点的侦测器安装，主要考量厂房的排风路径和厂房面积。任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建2.点位气体侦测器特气GMS系统的侦测器通过4-20mA信号来显示被侦测气体浓度，当侦测器电流<3mA或>22mA时则定义侦测器故障。侦测器预报警：只在SCADA监控电脑中发出提示警报；侦测器一级报警：SCADA监控电脑中发出警报，现场LAU黄灯亮；侦测器二级报警：SCADA监控电脑中发出警报，现场LAU红灯黄灯亮，蜂鸣响，根据联动控制逻辑切断相关供气设备，发出相应的消防广播、紧急排风等动作，联动控制逻辑。任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建2.点位气体侦测器任务7-4GMS系统介绍【任务实施】GMS系统的搭建3.紧急停止按钮紧急按钮在GMS系统主要用于远程关闭现场供气设备的气动阀门。当泄漏报警达到二段时，中控室人员可对供气设备进行远程手动关闭操作。紧急切断按钮一般选用带防护罩型，安装在在中控室内或气体外墙上，方便现场人员紧急操作。任务7-6气体系统应急处理流程任务7-6气体系统应急处理流程【任务背景】事故汇报流程任务7-6气体系统应急处理流程【任务实施】气体系统应急处理流程特气系统日常操作如换瓶、维护等都要双人作业，通过监督以确保人员每一步操作遵照安全步骤进行。特气运行管理人员必须取得危险化学品管理安全资质、压力容器及压力管道作业资质，另外相关人员还需要经过专业的特气设备操作维护运行及异常处理的专业培训后方可上岗作业。任务7-6气体系统应急处理流程【任务实施】气体系统应急处理流程通常情况下，特气系统在发生故障之前或者已经发生故障却无报警产生时，从系统状态或仪表数值变化的情况可以发现异常。运行人员每天需对特气系统进行数次点检和巡检。特气系统状态及仪表的数值是点检及巡检的重要内容，如压力、温度、重量等，还包括所有气体侦测器的检测数值。任务7-6气体系统应急处理流程【任务实施】气体系统应急处理流程任务7-6气体PPE介绍任务7-6气体PPE介绍个人防护用品一般可以分为头部、眼部、手部、呼吸、全身和足部防护。任务7-6气体PPE介绍头部防护头部防护一般选用安全帽。佩戴安全帽可以有效防止物体打击伤害、防止高处坠落伤害头部、防止机械性损伤、防止污染毛发伤害等。对于安全帽的正确使用，要选购符合规格的安全帽，定期更换，一般塑料安全帽的使用期限为三年。任务7-6气体PPE介绍眼部防护眼部防护可以选择眼镜或者面罩，能够有效防止异物进入眼睛、防止化学性物品的伤害、防止强光、紫外线和红外线的伤害、防止微波、激光和电离辐射的伤害。例如，安全眼镜可以阻隔微粒、飞屑和碎片冲击，起到保护眼睛的作用。防雾眼罩可以隔绝雾气与眼睛的接触，适用于在酸碱环境下的操作。任务7-6气体PPE介绍手部防护手部防护可以选择皮手套、耐酸碱手套、防火手套等。根据材质可以选择乳胶类、聚氯乙烯、聚丁烯醇、氯丁橡胶等。任务7-6气体PPE介绍呼吸防护呼吸防护主要通过面罩或者呼吸器来实现。包括自吸过滤式防毒面具、自给式正压空气呼吸器（SCBA）等。自吸过滤式防毒面具用前必须弄清作业