(完整版)大宗气体特气系统介绍

课程内容：大宗与特殊气体特性介绍一、大宗气体种类：半导体厂所使用的大宗气体，以台积厂常见有：CDA、GN2、PN2、PAr、PO2、PH2、PHe等七种。

二、大宗气体的制造：CDA / ICA (Clean Dry Air / Instrument Air)：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/ICA (Clean Dry Air)。

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﹪，总共是6个9。

经纯化器纯化过的氮气纯度约为99.9999999﹪，总共是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℃。

三、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)，Local Scrubber助燃。

半导体工厂（FAB）大宗气体系统（Gas Yard）的设计1995年，美国半导体工业协会（SIA）在一份报告中预言："中国将在10-15年内成为世界最大的半导体市场"。

随着中国经济的增长和信息产业的发展，进入21世纪的中国半导体产业市场仍将保持20%以上的高速增长态势，中国有望在下一个十年成为仅次于美国的全球第二大半导体市场。

而目前的发展态势也正印证了这一点。

作为半导体生产过程中必不可少的系统，高纯气体系统直接影响全厂生产的运行和产品的质量。

相比较而言，集成电路芯片制造厂由于工艺技术难度更高、生产过程更为复杂，因而所需的气体种类更多、品质要求更高、用量更大，也就更具代表性。

因此本文重点以集成电路芯片制造厂为背景来阐述。

集成电路芯片厂中所使用的气体按用量的大小可分为二种，用量较大的称为大宗气体（Bulk gas），用量较小的称为特种气体（Specialtygas）。

大宗气体有：氮气、氧气、氢气、氩气和氦气。

其中氮气在整个工厂中用量最大，依据不同的质量需求，又分为普通氮气和工艺氮气。

由于篇幅所限，本文仅涉及大宗气体系统的设计。

1 系统概述大宗气体系统由供气系统和输送管道系统组成，其中供气系统又可细分为气源、纯化和品质监测等几个部分。

通常在设计中将气源设置在独立于生产厂房（FAB）之外的气体站（Gas Yard），而气体的纯化则往往在生产厂房内专门的纯化间（Purifier Room）中进行，这样可以使高纯气体的管线尽可能的短，既保证了气体的品质，又节约了成本。

经纯化后的大宗气体由管道从气体纯化间输送至辅道生产层（SubFAB）或生产车间的架空地板下，在这里形成配管网络，最后由二次配管系统（Hook-up）送至各用户点。

图1给出了一个典型的大宗气体系统图。

2 供气系统的设计2.1 气体站2.1.1 首先必须根据工厂所需用气量的情况，选择最合理和经济的供气方式。

氮气的用量往往是很大的，根据其用量的不同，可考虑采用以下几种方式供气：1）液氮储罐，用槽车定期进行充灌，高压的液态气体经蒸发器（Vaporizer）蒸发为气态后，供工厂使用。

GAS 系统基础知识概述HOOK-UP专业认知一、厂务系统HOOK UP定义HOOK UP 乃是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。

HOOK UP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( PORT OR STICK),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。

HOOK UP 项目主要包括∶CAD，MOVE IN ，CORE DRILL，SEISMIC ，VACUUM，GAS，CHEMICAL ，D.I ,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC, DRAIN.二、GAS HOOK-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Buck Gas（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（Main Piping）至次主管线（Sub-Main Piping）之Take Off点称为一次配（SP1 Hook-up），自Take Off出口点至机台（Tool）或设备（Equipment）的入口点，谓之二次配（SP2 Hook-up）。

以Specialty Gas（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（Gas Cabinet）。

自G/C出口点至VMB（Valve Mainfold Box.多功能阀箱）或VMP（Valve Mainfold Panel多功能阀盘）之一次测（Primary）入口点，称为一次配（SP1 Hook-up），由VMB或VMP Stick之二次侧（Secondary）出口点至机台入口点谓之二次配（SP2 Hook-up）。

特气系统设备及特气源容量介绍特气：100%硅烷（SiH4）和100%氨气（NH3）两种。

其包装容器的容积均为440L的Y-钢瓶。

其中SiH4的满瓶压力为1200Psig左右，NH3满瓶充装量约227Kg。

特气系统是用于将氨气和硅烷气体从Y-钢瓶输送到机台使用点的设备和管道。

特气系统涉及的设备主要有：Y-钢瓶、大宗特气供应设备（BSGS）、分支阀箱（VMB）、PECVD机台、尾气处理器、设备抽风系统以及气体泄漏检测监控系统（GDS）。

化学品系统设备及储罐容量介绍现场化学品包括：49%氢氟酸（HF）、75%硝酸（HNO3）、37%盐酸（HCl）、96%硫酸（H2SO4）、48%氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）、异丙醇（IPA）七种化学品。

其包装容器的容积为氢氟酸（HF）、氢氧化钠（NaOH）为1000L的酸碱桶，其余为200L的酸碱桶。

化学品系统是用于将化学品从化学品柜送至机台，化学品系统涉及到得设备主要有：酸碱桶、化学品柜、储罐、分支阀箱（VMB）、清洗机台、废液排放系统、设备抽风系统。

危险性和个体防护的表示标签中用蓝色、红色、黄色和白色四个小菱形分别表示毒性、燃烧危险性、活性反应危害和个体防护，四个小菱形构成一个大菱形，其规定如下：左格蓝色，表示毒性；上格红色，表示燃烧危险性；右格黄色，表示反应活性；下格白色，表示个体防护。

危险性分级毒性、燃烧危险性、活性反应危害分别为0～4五级，用0、1、2、3、4黑色数码表示并填入各自对应的菱形图案中。

数字越大，危险性越大。

个体防护分级根据作业场所的特点和化学品危险性大小，提出九种防护方案。

分别用1～9九个黑色数码和11个示意图形表示，黑色数码填入白色菱形中，示意图置标签的下方，数码越大，防护级别越高。

GAＳ系统基础知识概述HOOK—UP专业认知一、厂务系统HOＯK UＰ定义ＨOOＫ UP 乃就是藉由连接以传输UTILIＴIES使机台达到预期得功能、HOＯK UP就是将厂务提供得 UＴILIＴIES ( 如水,电,气,化学品等),经由预留之ＵTIＬＩＴＩＥＳ连接点( ＰORT ＯR STICK),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,达成其所被付予得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。

ＨOOK UP 项目主要包括∶CAD,MOVE IＮ ,CORE DRIＬL,ＳEISMＩＣ ,VACＵＵM,GAＳ, ＣHEＭＩCAL ,D、I ,PＣＷ,CW,EXＨＡUST,ＥLECTRＩC, DＲAＩＮ。

二、GAS ＨOOK－UP专业知识得基本认识在半导体厂,所谓气体管路得Hook—up(配管衔接)以Ｂucｋ Gas(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(Mａiｎ Pｉping)至次主管线(Suｂ－Maｉｎ Pｉping)之Taｋe Ｏｆf点称为一次配(SP１ Hook—ｕp),自Take Ofｆ出口点至机台(Tool)或设备(Ｅｑｕipment)得入口点,谓之二次配(SP2 Hｏｏk－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(Gaｓ Cabiｎｅt)。

自G／C出口点至ＶMB(Valve MａｉｎfolｄBox、多功能阀箱)或VMP(Valve Ｍainfoｌｄ Pａnel多功能阀盘)之一次测(Primaｒy)入口点,称为一次配(SP1 Hook－ｕｐ),由VMB或VMP Stick之二次侧(Secoｎｄarｙ)出口点至机台入口点谓之二次配(SP2 Hｏok-up)。

GAS 系统基础知识概述HOOK-UP专业认知一、厂务系统HOOK UP定义HOOK UP 乃就是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。

HOOK UP就是将厂务提供的 UTILITIES ( 如水,电,气,化学品等),经由预留之UTILITIES连接点( PORT OR STICK),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。

HOOK UP 项目主要包括∶CAD,MOVE IN ,CORE DRILL,SEISMIC ,VACUUM,GAS, CHEMICAL ,D、I ,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC, DRAIN、二、GAS HOOK-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Buck Gas(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(Main Piping)至次主管线(Sub-Main Piping)之Take Off点称为一次配(SP1 Hook-up),自Take Off出口点至机台(Tool)或设备(Equipment)的入口点,谓之二次配(SP2 Hook-up)。

以Specialty Gas(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(Gas Cabinet)。

自G/C出口点至VMB(Valve Mainfold Box、多功能阀箱)或VMP(Valve Mainfold Panel多功能阀盘)之一次测(Primary)入口点,称为一次配(SP1 Hook-up),由VMB或VMP Stick之二次侧(Secondary)出口点至机台入口点谓之二次配(SP2 Hook-up)。