(完整版)大宗气体特气系统介绍
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特气系统报告
30
30
2.94气瓶柜的验收规格
测试项目
出厂时
He泄露测试 微粒子测试 H2O含量测试 O2含量测试
验收內容
1.出入口端加裝管帽 2.盘面填充PN2 保压(1-2 bar) < 2×10-9 /sec 1. PN2流量 30 ml/sec 2. 微粒子 5 EA/ft3 at 0.1-0.3 m 3. 微粒子 < 0 EA/ft3 at 大于0.3 m
80SLPM 200SLPM 80SLPM 200SLPM 12 SLPM 42.8 SLPM 6.8 SLPM 42.8 SLPM
设备数量
5 5
11
11
1.6气瓶安置方式
功能 防护箱体 强制抽气 安全防护 气瓶柜 Gas Cabinet 有 有 有 气瓶架 Gas Rack 无 无 无
自动化
有
有/无
B2H2
CF4 Cl2 HCl HF
NF3
NH3
N2O
PH3
SiH4
SiH2Cl2
12
12
1.6a气瓶柜/架
▼气体依化学性质分类如下: 惰性气体(Inter gas): N2-----使用GR (Gas Rack)
▼易燃易爆性气体(Flammable gas): SiH4, NH3-----使用BSGS (Bulk special gas supply system) 供应
目前厂区钢瓶供应方式:
35
气体特性及系统简介
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。
大宗气体管道系统培
钢瓶以钢架固定放置，用完后 直接更换整组以节省时间 ✓ 拖车储罐：气体用量大时改用 Trailer 来供气
Gas Yard 的气体不论是用 Tank 、 Cylinder Bundle or Trailer 供 气，均会设有气体加压系统（ Pressure Station）， 以便能提供稳定的气体压力至管 路输送系统 。
机台
tool
（P.O.U）
4B彩膜成盒厂房
主管路(Main) 支管路(Sub-main)
P1&P2包
二次连接管路 （ Hook-up ）
机台
tool
（P.O.U）
2.大宗气体与CDA系统概述
将大气经过滤、压缩、冷却(液化) 、过滤、分馏、过滤、压缩、冷 却(液化)后，可分别取得 N2， O2，Ar 等气体，此过程称之为空 气分离技术。
主管路 （Main）
支管路(Sub-main)
2.大宗气体与CDA系统概述
➢ 二次连接管路（ Hook-up piping）
在 Tools 及 P.O.C. 点之间所配置的管路称为 Hook-up，一般均采用 1/4“, 3/8＂, 1/2＂ 管
➢ 机台和使用点（P.O.U. ： Point of Use）
NH3 for CDA
TA7000RGD detecting TA7000RGD detecting TA7000RGD detecting
H2/CO for GN2
H2/CO for PN2
H2/CO for PO2
Ametek 3050AMS detecting
H2O for PAR
Teledyne 8800A detecting
Sub-main Pipe 进入各设备区域后，即根据 Tools 及预留点的需要配置 P.O.U.，并加装 Isolate Valve 。
Gas Yard 的气体不论是用 Tank 、 Cylinder Bundle or Trailer 供 气，均会设有气体加压系统（ Pressure Station）， 以便能提供稳定的气体压力至管 路输送系统 。
机台
tool
（P.O.U）
4B彩膜成盒厂房
主管路(Main) 支管路(Sub-main)
P1&P2包
二次连接管路 （ Hook-up ）
机台
tool
（P.O.U）
2.大宗气体与CDA系统概述
将大气经过滤、压缩、冷却(液化) 、过滤、分馏、过滤、压缩、冷 却(液化)后，可分别取得 N2， O2，Ar 等气体，此过程称之为空 气分离技术。
主管路 （Main）
支管路(Sub-main)
2.大宗气体与CDA系统概述
➢ 二次连接管路（ Hook-up piping）
在 Tools 及 P.O.C. 点之间所配置的管路称为 Hook-up，一般均采用 1/4“, 3/8＂, 1/2＂ 管
➢ 机台和使用点（P.O.U. ： Point of Use）
NH3 for CDA
TA7000RGD detecting TA7000RGD detecting TA7000RGD detecting
H2/CO for GN2
H2/CO for PN2
H2/CO for PO2
Ametek 3050AMS detecting
H2O for PAR
Teledyne 8800A detecting
Sub-main Pipe 进入各设备区域后，即根据 Tools 及预留点的需要配置 P.O.U.，并加装 Isolate Valve 。
特气系统报告PPT课件
1
1
IVO Confidential
特气中央 系统概述
气体侦 测系统
ALS 2.0
阀盘介绍
特气中央 系统设计
管路设计
2
2
大宗 气体
N2、H2 O2 、He Ar 、He …
1.1 气体种类
特殊 气体
类别
气体名称
腐蚀性/毒性
CORROSIVE/TOXI C
可燃性
FLAMMABLE
HCl 、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、 NH3、 PH3、Cl2、 BCl3 …等
H2O含量测试
1. PN2流量 10 LPM 2. H2O浓度差 < 10 ppb
O2含量测试
1. PN2流量 10 LPM 2. O2浓度差 < 10 ppb
31
31
3.管路分类
依气体特性
单套管：惰性气体 双套管：腐蚀性/可燃性/毒性 一般要求SiH4、PH3、AsH3
依制程需求
316L EP管(Electro-Polish) 316L BA管(Bright Anneal) 316 AP管(未经处理之素管)
32
32
3.1管路安全设计
» 输送距离之考量
» 气体使用点之最佳规划
» 气体预留扩充点之评估
安全
» 安全性之考量
˃ 紧急遮断系统 ˃ 管路位置设计 ˃ 使用与维护之设计 ˃ 双套管需求
稳定
33
33
3.2管路流速与用量之设计
气体种类 一般气体 可燃气体
气体理想流速 液态气体
毒性气体
O2
气体流速 10m/s 7m/s 6m/s 8m/s 7m/s
» 紧急状况如泄露、火灾、地震时，也可利用
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IVO Confidential
特气中央 系统概述
气体侦 测系统
ALS 2.0
阀盘介绍
特气中央 系统设计
管路设计
2
2
大宗 气体
N2、H2 O2 、He Ar 、He …
1.1 气体种类
特殊 气体
类别
气体名称
腐蚀性/毒性
CORROSIVE/TOXI C
可燃性
FLAMMABLE
HCl 、BF3、 WF6、HBr、SiH2Cl2、 NH3、 PH3、Cl2、 BCl3 …等
H2O含量测试
1. PN2流量 10 LPM 2. H2O浓度差 < 10 ppb
O2含量测试
1. PN2流量 10 LPM 2. O2浓度差 < 10 ppb
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3.管路分类
依气体特性
单套管：惰性气体 双套管：腐蚀性/可燃性/毒性 一般要求SiH4、PH3、AsH3
依制程需求
316L EP管(Electro-Polish) 316L BA管(Bright Anneal) 316 AP管(未经处理之素管)
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3.1管路安全设计
» 输送距离之考量
» 气体使用点之最佳规划
» 气体预留扩充点之评估
安全
» 安全性之考量
˃ 紧急遮断系统 ˃ 管路位置设计 ˃ 使用与维护之设计 ˃ 双套管需求
稳定
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3.2管路流速与用量之设计
气体种类 一般气体 可燃气体
气体理想流速 液态气体
毒性气体
O2
气体流速 10m/s 7m/s 6m/s 8m/s 7m/s
» 紧急状况如泄露、火灾、地震时，也可利用
GMS系统介绍
有以上其他几种气体严格。但惰性气体具有窒息特性，在密闭空间发生泄漏会使 人窒息而发生伤亡事故。
◆氧化性气体（Oxide Gas） 这类气体具有较强的氧化性，一般同时还有其他特性，如毒性或腐蚀性等，
属于这类气体的如CL2、O2、CLF3等。
1.2、特气供应系统 高 纯工业气体供应方式一般有多种，如现场制气， 用管道输送供气，槽车输送供气，外购钢瓶或者钢瓶组 输送供气等。具体采用哪种方式公司，设计人员主要考 虑的因素是工厂的生产规模和用气需求及周边地区的气 体供应情况等。综合所有条件经过认真的技术及经济比 较后方可确定。我们的设计原则是既要做到确保供气的 质量、运行管理方便，还要降低产品的生产成本，以便 安全、可靠、高 效地供应气体。 对于特种气体的供应方式，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。因为它具有 投资较少，使用方式灵活的优点，电耗及制气成本也相 对比较低廉。但在气体输送的过程中气体比较容易烧到 污染，这就要求整个供应系统得到严格的管理及维护。
特殊气体从气瓶出发，先经过各种阀、配件以及 压力调节器等，由特殊气体输送管道供应到位于厂房二 楼SubFab或者洁净室的多个阀分配箱（VMB：Valve Manifold Box)中。然后再由VMB的各个Stick点供应到生 产区域的设备使用。而用气设备的尾气也还要进入现场 尾气处理装置（Local Scrubber）进行处理。
1.1、气体的分类
半导体制造业等相近行业所使用的气体一般按其使用时的特性（图1-1） 可分为五大类
图1-1 气体的分类
1.1、气体的分类
◆易燃性气体（Flammable Gas） 把自燃、易燃、可燃气体等都定义为这一类气体。如常温下的SiH4气体只要与空气接触就会燃
烧，当温度达到一定时，PH3和B2H6等气体也会产生自燃。可燃、易燃气体有一定的着火燃烧爆 炸范围，及上限值与下限值。此范围越大的气体，其爆炸燃烧危险性就越高。如B2H6的爆炸上 限为98%，下限为0.9%。
◆氧化性气体（Oxide Gas） 这类气体具有较强的氧化性，一般同时还有其他特性，如毒性或腐蚀性等，
属于这类气体的如CL2、O2、CLF3等。
1.2、特气供应系统 高 纯工业气体供应方式一般有多种，如现场制气， 用管道输送供气，槽车输送供气，外购钢瓶或者钢瓶组 输送供气等。具体采用哪种方式公司，设计人员主要考 虑的因素是工厂的生产规模和用气需求及周边地区的气 体供应情况等。综合所有条件经过认真的技术及经济比 较后方可确定。我们的设计原则是既要做到确保供气的 质量、运行管理方便，还要降低产品的生产成本，以便 安全、可靠、高 效地供应气体。 对于特种气体的供应方式，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。因为它具有 投资较少，使用方式灵活的优点，电耗及制气成本也相 对比较低廉。但在气体输送的过程中气体比较容易烧到 污染，这就要求整个供应系统得到严格的管理及维护。
特殊气体从气瓶出发，先经过各种阀、配件以及 压力调节器等，由特殊气体输送管道供应到位于厂房二 楼SubFab或者洁净室的多个阀分配箱（VMB：Valve Manifold Box)中。然后再由VMB的各个Stick点供应到生 产区域的设备使用。而用气设备的尾气也还要进入现场 尾气处理装置（Local Scrubber）进行处理。
1.1、气体的分类
半导体制造业等相近行业所使用的气体一般按其使用时的特性（图1-1） 可分为五大类
图1-1 气体的分类
1.1、气体的分类
◆易燃性气体（Flammable Gas） 把自燃、易燃、可燃气体等都定义为这一类气体。如常温下的SiH4气体只要与空气接触就会燃
烧，当温度达到一定时，PH3和B2H6等气体也会产生自燃。可燃、易燃气体有一定的着火燃烧爆 炸范围，及上限值与下限值。此范围越大的气体，其爆炸燃烧危险性就越高。如B2H6的爆炸上 限为98%，下限为0.9%。
special gas 特气(jorphine)
SubSubVMB TX4 SubVMB TX4 VMB Sub-
O2 Ar Side SiH 4 Side PH3 Side Ar Top SiH 4 Top PH3 Top NF3
Y Y Y Y Y
Y Y Y Y Y Y Y Y
-
11
Outlines •半导体晶圆制造所使用的气体 •CVD Tool Process Gas •特气传输与控制 •？
Hole 1 Hole 2 Hole 3 Hole 4 Hole 5 Hole 6 Hole 7 Hole 8 Hole 9 Hole 10
Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility Facility -
10
CVD Tool Process Gas——PSG Configuration
Supply Path Gas Name Manual Valve Y Y Y Y Y Y Y Y Y V-Block Regulat or Y Y Y Y Y Y Y Transdu cer Y Y Y Y Y Y Y Y Y Filter Up Stream Valve Y Y Y Y Y Y Y Y Y MFC (Full Scale) 400 300 200 50 50 20 5 2000 Y Ar MW Y 2000 Final 3 Y Final 2 Y Final 1 Down Stream Valve Y Final Valve
半导体晶圆制造所使用的气体——特种气体分类
半导体制造业所使用的特种气体一般按其使用时的特性 ，可分为五大 类： （1 ） 易燃性气体（Flammable Gas） 把自燃、易燃、可燃气体等都定义为这类气体。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 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，即上限、下限值。此范围越大的气 体起爆炸燃烧危险性就越高，如B 2 H 6 的爆炸上限为98%，爆炸下限为0.9%。 属于易燃气体有H2,NH3,PH3,DCS,ClF3 等等。
半导体工厂大宗气体工业纯化管道系统
GGas
PGas
由于液晶面板厂制程上的需要，工厂会使用许多种类的气体。一般我们以气体的特性来区分。 可分为特殊气体和一般气体，前者使用量较小，如SiH4，NF3等；后者使用量较大，如N2等。因而使用量较大的气体 我们称之为“大宗气体”，即Bulk Gas。
1.大宗气体及CDA概述
➢ CDA气体:
CDA ： Compressed/Clean dry air 干燥压缩空气
气体 过滤 系统
用来过滤气体 中的 Particle等 杂质
G-GAS在经过专业纯化器，纯化得到P-GAS.纯化间设置在4B栋东北角。 （除H2，H2纯化在大宗气站内完成）
G-GAS
2.大宗气体与CDA系统概述
相关的名词解释
➢ 桥架或地下沟渠:
气体管路的架装方式：生产厂房与气站之间均会设有安全区隔，管路输送系统从气站拉到生产厂房时，须经过 Tunnel (地下管沟) 或 Trench (地面 or 高架管桥) .
缩空气气管内部污染等)，当洁净车间内大量使用压缩空气时，对其洁净度将有所影响。
2、化学品输送压力介质
P-GAS
3、制造惰性环境
4、参与反应
5、去除杂质
6、其他制程功能
2.大宗气体与CDA系统概述
2.大宗气体与CDA系统概述
将大气经过滤、压缩、冷却(液化) 、过滤、分馏、过滤、压缩、冷 却(液化)后，可分别取得 N2， O2，Ar 等气体，此过程称之为空 气分离技术。
2.大宗气体与CDA系统概述
相关的名词解释
➢ CQC 房间和 CQC 系统（ Continuously Quality Control） 亦或称为气体监控系统 实时在线监测气体品质
GN2
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。
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。
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气瓶柜 流程图
• Gas Cabinet Flow Diagram
A : PROCESS B : PURGE N2 C : GENERAL N2 D : LEAK CHECK He E : EXHAUST
气体分流箱(VMB)
•在不用停止供气的条件下增加使用点 •降通过减少气瓶柜的数量来降低费用 •系统和安全选项类似于气瓶柜 •设计简洁 •1 X 8 输送
VMB P&ID
ⓐ : Process In ⓑ : Process Out ⓒ : Process Out ⓓ : Process Out ⓔ : Process Out ⓕ : Process Out ⓖ : Process Out ⓗ : Process Out ⓘ : Process Out ⓙ : Purge N2 In ⓚ : Gas In
12” TFT Color Display
Actual Pressure Gas Flow Diagram
Monitoring System
• GMS Concept Flow
Server Full Point I/O
Server Full Point I/O
Server Full Point I/O
Ethernet Transceiver
Gas Cabinet VMB
Gas Cabinet VMB
Gas Cabinet VMB
Monitoring System
• GMS
大众气体
• 定义:在空气中可以提取的气体,如氮 气,氧气,氩气,氦气等.
• 储藏方式:低温储罐,高压钢瓶
低温气体
• 低温液体
气体输送系统
尾气处理
Safety Design & System
Designed with Anti-corrosion Material
Easy
Operation
and
Maintenance
Low Running Cost
High Efficiency
PLC Controller & Touch Panel
TRAINING FOR GAS
2011.5.18
Content
Section 1 Section 2 Section 3 Section 4 Section 5 Section 6 Section 7
气体的类型 气体供应方式 气体设备 尾气处理 控制系统 大众气体输送系统 压缩空气(CDA)
气体类型
气体供应方式
Tank Lorry
液态气体储罐
N2 Plant
Outside Of Building
Inside Of Building
流量计
气化器r 调压器
过滤器 (0.1m)
过滤器 (0.05m)
过滤器 0.02m, 0.01m
气体纯化器
无尘室
Purity Gas General Gas
Full Auto& Interlocks
Applicable Monitoring System
▣ Dry Scrubber
Touc h scree n
▣ Thermal Wet Scrubber ▣ Plasma Type ▣ POU Scrubber
1,按照气体的使用量分类: (1),大宗气体: (2),特殊气体:
2,按照气体的性质分类: (1),惰性性气体 (2),助燃性气体 (3),易燃性气体 (4),腐蚀性气体 (5),氧化性气体
气体类型
3,按照气体的纯度分类: (1),一般气体: (2),高纯气体:
4,按照气体常温条件下的状态分类: (1),气态气体 (2),液态气体 (3),高压气体 (4),低压气体
气体供应方式
1: On-site gas generator supply: CDA,GN2,O2 现场制造气体
2: Bundle supply: H2,He 集装格供应气体
3: Lorry tank supply: Ar,O2 液体槽车供应气体
4: Gas cylinder supply: Special Gas 钢瓶供应气体
Flow controlle
r
(N2, Air water)
Inlet port
(4 ports standard)
Plasma chamber
Middle flange
Water chamber
Controller of Gas and Chemical Supply System
Signal Tower Manometer
气体输送系统
• 特殊气体系统
气体输送系统
• 特殊气体系统-流程图
气体输送系统
• 特殊气体集中输送系统(BSGS)
气瓶柜
•安全设计 (外壳) •不锈钢 316L VIM/VAR •选用材料符合特殊气体需要 •100% 内表面电子抛光 •无颗粒 •泄漏率: 1 x 10 – 10 Atm-cc/sec (He) •PLC 控制 & 触摸瓶 •操作 和 维护方便 •全自动循环工艺 •自动工艺钢瓶切换 •安全选项 & 联动装置 •显示器 : EL Mono or TFT Color
Panel PC
Hub
Hub
N700α
N700α
N700α
FWPUREOESMOGOEUNBRRRPAESKTTLLMMOGOGUNRRtPPAESETTWehiLntWeILkNRrWInLKNERIKNERKE FWPUREOESMOGOEUNBRRRAPSKETTLLMMOGOGUNRRtSEPPAETTWehiLntWeILkNRrWInLNKERIKNERKE FWPUREOESMOGOEUNBRRRPAESKTTLLMMOGOGUNRRtPPAESETTWehiLntWeILkNRrWInLNKERINKERKE
EMG
▪ Free Volt Main Power ▪ PLC Process ▪ Touch Panel Operation ▪ Display : EL Mono or TFT Color ▪ COM : RS-232C 422, 485, Data Highway ▪ Box Size W796 x D330 x H315
–在常压下一般沸点低于-180℃
• 例如
–液氧
(-182.9℃)
–液氩