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半导体工厂大宗气体系统的设计引言：半导体工厂（FAB）生产过程中需要使用大量的气体，这些气体在各个工序中起着至关重要的作用。
因此，设计一个高效可靠的大宗气体系统对于确保半导体工厂的正常运行和产品质量至关重要。
本文将重点探讨半导体工厂大宗气体系统的设计。
一、系统需求分析：在设计半导体工厂大宗气体系统之前，首先需要进行系统需求分析。
这包括对半导体生产工艺的了解，对所需气体种类和流量的确定，以及对系统的可靠性和安全性的考虑。
1.工艺要求：不同的半导体生产工艺所需的气体种类和流量可能会有所不同。
因此，需要先了解工艺要求，确定所需的气体类型，如氮气、氧气、氢气等，以及其流量。
2.流程和流量：在确定所需气体类型后，需要进行系统流程和流量的设计。
这包括确定气体的输送、净化、储存和分配的流程，并根据工艺要求确定每个阶段所需的气体流量。
3.可靠性和安全性：大宗气体系统设计需要考虑系统的可靠性和安全性。
可靠性包括系统的稳定性和可持续性，确保气体供应稳定并能满足生产需求。
安全性考虑包括气体的安全处理和泄漏的防范。
二、系统设计方案：在进行系统设计时，需要根据前面的需求分析，结合实际情况，提出一个合理的设计方案。
1.气体配送系统：气体配送系统用于将气体从供应源输送到工艺设备。
它包括气体输送管道、阀门和流量计等设备。
为了确保气体的流量和压力稳定，可以使用压力传感器和流量控制阀进行控制。
此外，还应根据需要设计合适的管网结构，确保气体分配均匀。
2.气体净化系统：气体净化系统用于去除气体中的杂质和污染物，以确保气体质量符合生产要求。
它包括过滤器、吸附剂和催化剂等设备。
根据不同的气体类型和污染物种类，选择适当的净化设备和方法。
3.气体储存系统：由于气体供应可能会有时间和流量的波动，因此需要设计一个气体储存系统，以弥补供应的不稳定性。
气体储存系统可以包括储气罐、压缩机和气体储存器等设备。
通过合理的容量和流量的设计，确保气体供应的持续和稳定。
半导体废气系统设计
1. 废气成分分析，首先需要对半导体制造过程中产生的废气进行成分分析，了解其中包含的有害气体种类和浓度，比如氟化物、氨气、氮氧化物等。
这有助于确定需要采取何种处理方法。
2. 废气处理技术，根据废气成分分析结果，选择合适的废气处理技术，常见的包括吸附、吸收、氧化、还原、膜分离等方法。
比如对于含氟化物的废气可以采用干法或湿法吸收处理，对含氨气的废气可以采用氧化还原处理等。
3. 设备选择，根据废气处理技术选择相应的处理设备，比如吸附塔、吸收塔、氧化反应器、膜分离设备等。
需要考虑设备的处理效率、稳定性、操作成本等因素。
4. 排放标准，根据当地环保法规和排放标准确定废气处理系统的设计要求，包括排放浓度、排放量等。
5. 安全性考虑，废气处理系统设计需要考虑设备运行过程中的安全性，包括防爆、泄漏、有毒气体排放等方面的安全措施。
6. 运行与维护，设计完废气处理系统后，需要考虑系统的运行与维护，包括操作规程的制定、定期维护保养、设备故障处理等。
总的来说，半导体废气系统设计需要综合考虑废气成分、处理技术、设备选择、排放标准、安全性和运行维护等多个方面，以确保废气得到有效处理，符合环保要求，同时保证生产过程安全稳定运行。
特气系统的规划与设计特气系统的规划与设计(SSTT.NO.20)由于半导体制程日趋复杂化且建厂成本愈来愈高，其使用的制程化学品皆具有相当的危险性，虽然有相关的外国标准可进行规范，但实际的做法却莫衷一是，各有其成本与优缺点上的考虑。
本文除概略性的介绍半导体厂之特气供应系统，主要对整体特气系统的规划与设计进行探讨，限于篇幅，本文将论述的重点主要放在气瓶柜/架、阀箱与管路的设计上，提出个人的一点心得与看法，希望抛砖引玉提供大家思考的方向，以兹未来建构特气系统时的参考。
然而，在实际的建厂规划设计时，工程师仍需依各厂的现况进行规划，考虑的重点包括经费、周围环境、基地、人员...等，以期较佳的实用性设计达到更安全的供应与环境维护。
气体的使用在半导体制程中一直扮演着重要的角色，特别是在半导体制程目前已被广泛的应用于各项产业，凡举传统的ULSI、TFT-LCD 到现在开始萌发的微机电（MEMS)产业，皆以所谓的半导体制程为产品的制造流程，其中的制程包括如干蚀刻、氧化、离子布植、薄膜沉积等皆适用到相当多的其他，而气体的纯度则对组件性能、产品良率有着决定性的影响，气体供应的安全性则关乎人员的健康与工厂运作的安全。
气体一般可简单的区分为大宗气体（BULK GASES),如N2、O2、Ar等适用量较大的气体，和特殊气体（Specialty Gases),如SIH4、AsH3、PH3...等以钢瓶供应的气体。
本文主要针对特殊气体的供应系统进行探讨。
大宗气体的供应设计则因其供应方式的特殊性，如以大型桶槽的供应方式，将不列入本文的讨论范围。
特气供应系统是半导体厂中危险性最高的一环，只需有任何的疏失都可能造成人员、厂房、设备的严重损失，特别是其中有些其他如SIH4的自燃性，只要、一泄漏就会与空气中的氧气起剧烈的反应，开始燃烧，还有ASH3的剧毒性，任何些微的泄漏都能可能造成人员声明的危害，也就是因为这些显而易见的危险，所以对于系统设计安全性的要求就特别高。
半导体工厂大宗气体系统的设计搞要本文对集成电路芯片厂中的大宗气体系统的设计过程作了概括性的描述，对当前气体设计技术及其发展方向作了探讨，同时结合自己对多个FAB厂房的设计经验提出了设计中值得注意的问题和解决方案。
This paper introduces a general design process for Bulk Gas System in gas design technology and its development directionare also on the author抯 experience in FABdesign,several potential problems in design and relevant solutions are issued.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（Bulkgas），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。
半导体厂房净化空调系统设计与应用探析随着半导体产业的迅速发展，半导体厂房的净化空调系统设计和应用变得越来越重要。
半导体生产对空气质量和温度湿度要求非常严格，而且厂房内的设备和工艺对空调系统也提出了较高的要求。
设计一套稳定可靠的净化空调系统对半导体厂房的生产以及产品质量具有非常重要的意义。
一、半导体生产对空调系统的要求1. 温度湿度控制：半导体厂房内的生产设备对温度湿度要求非常严格，任何温度湿度的变化都会影响半导体产品的质量和稳定性。
净化空调系统必须能够确保厂房内的温度湿度在一定的范围内稳定。
2. 空气净化：半导体生产对空气质量的要求也非常高，空气中的微粒、尘埃、化学物质等都会对生产设备和产品造成影响。
净化空调系统必须能够对空气进行有效的净化处理。
3. 稳定性和可靠性：半导体生产对空调系统的稳定性和可靠性要求也非常高，任何运行问题都可能导致生产受到严重影响。
二、半导体厂房净化空调系统的设计要点1. 空气处理设备的选择：根据半导体生产对空气质量的要求，需要选择高效的空气处理设备，包括过滤器、换热器、除湿器、加湿器等。
这些设备需要能够高效地对空气进行处理，确保空气质量的要求。
2. 风管系统的设计：半导体厂房的风管系统设计需要考虑到空气的流动和分布，以及厂房内不同区域的温度湿度要求。
合理的风管设计可以确保空气在厂房内的均匀分布，同时保证不同区域的温度湿度稳定。
3. 控制系统的设计：净化空调系统需要有稳定可靠的控制系统，能够根据厂房内的温度湿度变化进行自动调节，并且能够及时响应生产设备的需求。
控制系统也需要具有故障自检和报警功能，确保空调系统的稳定性和可靠性。
4. 节能技术的应用：净化空调系统的设计应用还需要考虑到节能技术的应用，通过合理的设计和设备选择，减少能耗，提高能源利用效率。
三、半导体厂房净化空调系统的应用探析1. 提高生产效率和产品质量：稳定可靠的净化空调系统可以提高半导体厂房的生产效率，同时保证产品的质量和稳定性。
半导体工厂(FAB)大宗气体系统的设计(精)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。
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。
半导体工厂大宗气体系统设计集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#半导体工厂大宗气体系统的设计搞要本文对集成电路芯片厂中的大宗气体系统的设计过程作了概括性的描述，对当前气体设计技术及其发展方向作了探讨，同时结合自己对多个FAB厂房的设计经验提出了设计中值得注意的问题和解决方案。
This paper introduces a general design process for Bulk Gas Systemin gas design technology and its development direction are also on the author抯 experience in FABdesign,several potential problems in design and relevant solutionsare issued.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（Bulkgas），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（GasYard），而气体的纯化则往往在生产厂房内专门的纯化间（PurifierRoom）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。
一般的半导体工厂用气量适中时这种方式较为合适，这也是目前采用最多的一种方式。
2）采用空分装置现场制氮。
这适用于N2用量很大的场合。
集成电路芯片制造厂多采用此方式供气，而且还同时设置液氮储罐作备用。
氧气和氩气往往采用超低温液氧储罐配以蒸发器的方式供应。
氢气则以气态方式供应，一般采用钢瓶组（Bundle）即可满足生产要求。
如用气量较大，则可采用TubeTrailer供气，只是由于道路消防安全审批等因素，目前在国内还很少采用此方式。
相信随着我国微电子工业的飞速发展，相关的安全法规会更完善，TubeTrailer供气方式会被更多地采用。
如果氢气用量相当大，则需要现场制氢，如采用水电解装置。
由于低温液氦储罐的成本相当昂贵，加以氦气用量不大，氦气一般采用钢瓶组（Bundle）的形式供应即可满足生产要求。
随着大型集成电路厂越来越多地出现，氦气的用量也逐渐上升，国外已开始尝试使用液氦储罐，而且由于氦气在低于-4500F时才是液体，此时所有杂质在此液相中实际均已凝结在固体，理论上从该储罐气化的氮气已是高纯度，不用再经纯化处理。
随着国内半导体集成电路产业的飞速发展，将会出现一些半导体工厂较为密集的微电子生产园区，这时有可能采用集中的管道供气方式，即由气体公司在园区内建一大型气站，将大宗气体用地下管线送往各工厂。
这种方式可以大大降低各厂的用地需求和用气成本，形成气体公司与半导体工厂多赢的局面。
在上海某生产园区，某气体公司即将采用该方式对园区内的几家工厂提供氦气，目前正在建设中。
2.1.2 在整个气体站的设计中,需要特别注意几个问题：首先,供氢系统和供氧系统的安全性问题是必须予以高度重视的,如气体站的平面布置必须符合相关安全规范。
其次，在设计供气压力时不仅要参照最终用户点的压力需求，而且必须考虑纯化器、过滤器以及配管系统的压力降。
另外，随着集成电路工艺的提升，对工艺氧气中的氮杂质含量要求也提高了。
值得注意的是，该杂质目前尚无法通过气体纯化器有效去除，必须在空分装置中增加专门的超低温精馏过程处理，这不可避免导致成本的上升，当然由此法制取的氧气纯度已足够高，不需要经纯化即可直接用于工艺设备。
另一折衷的方法是，目前200mm芯片生产工艺中，只有部分工艺设备对氧中氮的含量要求甚高，如果这些设备的用氧量不大，则可以考虑外购高纯氧气钢瓶专门对这些设备供气。
气体纯化与过滤2.2.1气体的品质要求随着集成电路技术的不断发展，设计线宽不断微缩，这对气体品质的要求也越来越严格，目前对大宗气体的纯度要求往往达到ppb级，表1给出了某200mm芯片生产工艺线对大宗气体的品质要求。
因此，必须用不锈钢管道将大宗气体从气体站送至生产厂房的纯化室（purifierRoom）进行纯化，气体经纯化器除去其中的杂质，再经过滤器除去其中的颗粒（Particle）。
出于安全考虑，一般将氢气纯化室设计为单独一室，并有防爆、泄爆要求。
2.2.2 纯化器目前国内采用的气体纯化器都是进口的，主要的生产厂家有SAES、Taiyo、Toyo、JPC、ATTO等。
纯化器根据其作用原理的不同可以对不同的气体进行纯化。
我将目前市场上纯化器的情况作了整理，见表2。
一般说来，N2、O2纯化器较多采用触媒吸附式，Ar、H2纯化器则以Getter效果最佳，H2纯化器也多采用触媒吸附结合Getter式。
在设计中要注意的是，不同气体纯化器需要不同的公用工程与之相配套。
例如，触媒吸附式N2纯化器需要高纯氢气供再生之用；触媒吸附式纯化器需要冷却水。
因此，相关的公用工程管线必须在气体纯化间内留有接口。
2.2.3 过滤器半导体生产工艺过程不仅对气体纯度要求十分严格，而且对气体中的颗粒含量也有极高的要求，目前在集成电路芯片生产中，对大宗气体颗粒度的要求通常为：大于μm的颗粒含量为零。
而去除颗粒则需采用气体过滤器。
一般的，经纯化的气体需经过两个串联的过滤器即可达到工艺要求，为方便滤芯更换，往往并联设置两组过滤器组，参见图1。
气体的品质监测大宗气体在经纯化及过滤后应对其进行品质监测，观察其纯度与颗粒度的指标是否已高于实际的工艺要求。
目前着重对气体中的氧含量、水含量和颗粒度进行在线连续监测，而对CO、CO2及THC杂质采用间歇监测，测试结果连同其他测试参数（诸如压力、流量等）都会被送往控制室中的SCADA （SupervisoryControl and Date Acquisition）系统。
供气系统的可靠性问题由于微电子行业的投入与产出都是非常的大，任何供气中断都会带来巨大的经济损失，尤其对大型集成电路芯片生产厂而言。
因此在设计中必须充分考虑气体供应系统运行的安全可靠性。
若采用现场制气方式，往往还需要设置该种气体的储蓄供气系统作备用。
1）每一种气体的纯化器都需要有一台作备用。
2）氧气若采用现场制气方式，虽然可以不经纯化而直接供工艺设备使用，但仍应该设置一台纯化器作备用。
当然，以上这些措施必须会导致气体成本的急剧上升，虽然与供气中断造成的损失相比要小的多，但这必须要与业主讨论确定。
而且，每个项目都有其特殊性，不必强求一步到位，可以考虑在不同的建设阶段逐步实施。
另外,若有条件采用集中管道供气方式,还需要考察气体供应商的系统设计情况，是否有对供气中断、管路污染等突发事故的预防措施、应急措施和恢复手段。
有必要提请业主注意在该种经济便利的供气方式背后潜在的风险。
3 大宗气体输送管道系统的设计经纯化后的大宗气体由气体纯化间送至辅助生产层（SubFAB）或生产车间（FAB）的架空地板下，在这里形成配管网络，再由二次配管系统（Hook-up）送至各用户点。
以我的设计经验，在设计中要着重考虑以下几个方面。
配管系统的整体架构目前，较为常见的架构有树枝型（图2）和环型（图3）两种。
其中又数树枝型最为常用,其架构清晰,且与其它系统的配管架构相似，利于整体空间规划。
环型则能较好地保持用气点压力的稳定，但投资较高。
因此在设计中应根据用气点的分布情况及用气压力要求综合考虑。
例如，笔者在某200mm 集成电路芯片生产厂的设计中，大宗气体配管系统均采用树枝型架构。
由于该FAB厂房很大，管线较长，而工艺氮气用气点较多，有一些用气点对压力要求也较高，因此对工艺氮气管路系统特别采用了树枝型与环型相结合的方式（图4），环型主管主要保证用气点的压力稳定，其管径可小于树枝型主管的管径，从而降低成本。
配管系统的灵活性设计微电子行业的发展非常迅速，经常会发生工艺设备更新、挪位和新增等状况。
即使在整个工厂的建设中，最终的工艺设备分布也会与设计时相去甚远。
这种行业的特殊性要求设计必须充分考虑其灵活性（Flexibility），能满足未来的扩展需求。
配管系统的基本设计原则是在主管（Main）上按一定间距设置支管端（Branch），再在每个支管上按一定间距设置分支管（BranchTake-off）供二次配管使用。
另外，主管的管径不必随流量的递减而采取渐缩设计。
无庸讳言，这种配管系统的确具有充分的灵活性，但由于超高纯气体管路的管件和阀件价格昂贵，该系统的成本之高也是显而易见的。
通常，集成电路芯片厂的建设往往会分成若干个阶段，一方面可以缓解一次性投资的巨大资金压力，另一方面也可以根据市场状况作出相应的调整决策。
在新厂建设的第一阶段，设计产量往往不是很高，用气点也不是很多，尤其是氢、氩、氧、氦的用气点就更少。
因此必须考虑如何来简化该配管系统以降低成本。
下面以图5为例，对一些典型的工况作分析：工况一：支管I中，用气点a与b均在该支管的最远端，因此无法作简化。
即使c与d处目前暂无用气点，但还是应该设置分支管和阀门，以备将来之用。
工况二：支管II中，用气点e和f的远端没有其它的用气点，则支管线可以分别在e点和f点后结束。
