半导体工厂大宗气体系统的设计 图文精
半导体工厂大宗气体系统的设计
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
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。
Fab特气系统图
高压放空阀
单向阀 氮气吹扫阀
单向阀 氮气吹扫阀
左路特气钢瓶
右路特气钢瓶
PH3（5%）/Ar F3
NH3 F4
CF4 F8
CO2 F7
PH3（5ppm）/Ar F1
HCl F2
说明
1. 钢瓶工艺气体压力均为 45±5psi。 2. C02 柜 HCl 剩余量为 6LB，C13 柜 Cl2 剩余量为 6LB。 3. N2、CF4、He、PH3/Ar5%、5ppmPH3/Ar、5%SiH4/N2 剩余压力为 200psi，SF6、100%SiH4 剩余压力为 60psi，CO2、NH3
Fab3 特气系统工艺流程图
送气阀
送气阀
过滤器 低压放空阀
左路调压阀
右路调压阀
放空 真空吹扫 N2
过滤器 低压放空阀
真
空
HCl F6
SF6 F11
CHF3 F9
Cl2 F13
He F10
SiH4（100%） F5
SiH4（5%）/N2 F12
送气阀
送气阀
PG 电磁启动阀
高压放空阀
PG
电磁启动阀
fab3特气系统工艺流程图送气阀送气阀放空真空吹扫n2sf6f11过滤器低压放空阀cl2低压放空阀he左路调压阀右路调压阀真空吹扫阀sih4100f5sih45n2f12f10f13过滤器chf3f9hclf6单向阀ph35arf3送气阀高压放空阀送气阀高压放空阀nh3f4pg电磁启动阀pg电磁启动阀cf4f8co2f7ph35ppmar单向阀氮气吹扫阀hclf1单向阀氮气吹扫阀f2左路特气钢瓶右路特气钢瓶说明1
剩余压力为 80psi，CHF3 剩余压力为 70psi。
某半导体厂房供配电系统建设简介
嘉石科技电力专线路径概况B
B、110KV仁宝变电站：电缆从110KV核动力变电站 出线，沿迎宾大道已建电缆沟沿路敷设至本项目 10KV总配，总长约6KM。采用市政已建电缆U型槽 进行敷设。
电力专线建设流程图
施工单位负责
半导体工厂大宗气体系统设计
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。
半导体气体系统组成
半导体气体系统组成摘要：I.半导体气体系统概述- 半导体气体系统的定义和作用- 半导体气体系统的组成II.半导体气体系统的主要组成部分- 气体供应系统- 气体排放系统- 气体混合和调节系统- 气体监测和控制系统III.半导体气体系统的功能- 供应半导体制造过程中所需的气体- 排放半导体制造过程中产生的废气- 调节气体的压力、流量和成分- 监测和控制气体的质量和安全性IV.半导体气体系统的应用- 半导体制造过程中的氧化、还原和掺杂- 半导体器件的封装和测试- 半导体工厂的安全和环保V.半导体气体系统的发展趋势- 高效节能的气体系统- 环保安全的气体排放技术- 智能化和自动化的气体监测和控制正文：半导体气体系统是半导体制造过程中的重要组成部分，它对半导体产品的性能、质量和生产效率有着重要的影响。
半导体气体系统主要由气体供应系统、气体排放系统、气体混合和调节系统以及气体监测和控制系统组成。
气体供应系统是半导体气体系统的核心部分，它负责向半导体制造过程供应各种气体，如氮气、氧气、氩气、氯气等。
气体供应系统通常由气瓶、压缩机、阀门、管道等组成，它们将气体从气瓶压缩后输送到半导体制造设备中。
气体排放系统是半导体气体系统的另一重要部分，它负责将半导体制造过程中产生的废气排放到大气中。
气体排放系统通常由排放管道、阀门、风机等组成，它们将废气从半导体制造设备中收集后排放到大气中。
气体混合和调节系统是半导体气体系统的重要组成部分，它负责将不同种类的气体按一定的比例混合，以满足半导体制造过程的要求。
气体混合和调节系统通常由混合器、调节阀、流量计等组成，它们可以精确地控制气体的压力、流量和成分。
气体监测和控制系统是半导体气体系统的安全保障，它负责监测和控制气体的质量和安全性。
气体监测和控制系统通常由传感器、控制器、报警器等组成，它们可以实时地监测气体的成分、压力、流量等参数，并及时地报警和调节，以保证半导体制造过程的安全和稳定。
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。
半导体工艺制程之挥发性有机废气净化技术_图文(精)
鄭石治，朱小蓉 / 華懋科技股份有限公司蔡尤溪 / 台北科技大學冷凍空調工程系(台灣台北有機溶劑被廣泛的應用於各工業製程中，隨著使用製程條件的不同，形成濃度不一的揮發性有機氣體(Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs，隨著製程排氣排放於大氣中，造成自然生態環境的破壞及對人體的危害，世界各先進國家為防止生態環境的繼續惡化及保護人體的健康，先後對VOCs的排放定了排放標準，並且互相約定，逐年遞減降低其排放量，而達成總量管制的目標。
目前市面上提供之揮發性有氣體處理設備種類極多，但一般而言，其處理方法，均不出洗滌法、冷凝法、吸附法、焚化法、生物處理法…等(見表一所示。
且由於處理廢氣多為混合之複雜氣體，為達經濟效益，常綜合兩種以上處理方法共同使用者。
由於每種處理方法均有其適用的範圍及優、缺點，在設置前最好能先瞭解待處理廢氣之組成濃度、排放週期，欲達到的處理效益及可設置之地點、空間大小，再行選擇適當處理系統。
[表一：市面上常見的處理設備]半導體工業製程廢氣處理規劃一般而言，半導體及其相關產業之製程廢氣，大都具有大風量(風量＞10,000CMH 以上及低濃度(濃度＜500ppm as CH4的特性，但其中幾個製程所排放之廢氣濃度特別高，例如去光阻製程中，有些操作通常在60℃以上，不但造成排放的廢氣濃度特別高，去光阻劑中某些高沸點的化學品，例如二甲基亞砜(Dimethyl sulfoxide，單乙醇胺(Monoethynol amine；PGMEA等，均隨之溢散出，極易造成後續處理系統中的吸附劑快速失去活性。
因此，在規劃廢氣處理系統時，最好能先釐清那些製程單元必需先以現場單點處理設備(point of use，簡稱POU處理者，採分流處理後，再併入主廢氣風管。
由於廢氣的風量相當大，濃度又不高，直接以焚化的方法操作成本相當高。
而廢氣的組成中又含有沸點高、低差異大的化學品，例如，IPA、Acetone、MEA、HMDS、DMSO、PGM…等 (見表二，造成處理的難度增加。
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半导体工厂大宗气体系统的设计. h, R% B6 u2 p4 m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厂房的设计经验提出了设计中值得注意的及其发展方向作了探讨，同时结合自己对多个FAB问题和解决方案。
6 O+ v ^8 S3 z% N% RThis paper introduces a general design process for Bulk Gas System in FAB.Current gas design technology and its development direction are also discussed.Based on the author抯experience in FAB design,several potential problems in design and relevant solutions are issued.5 T8 z& f& J0 A4 @年内成为世界最10-15 1995年，美国半导体工业协会（SIA）在一份报告中预言：中国将在世纪的中国半导体产业市。
随着中国经济的增长和信息产业的发展，进入大的半导体市场21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20%场仍将保持半导体市场。
而目前的发展态势也正印证了这一点。
3 v' P7 }% t6 k j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。
Bulk 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（）。
大宗气体有：氮气、氧气、氢气、氩气Specialty gasgas），用量较小的称为特种气体（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。
系统概述1 1 ^2 w# }, [ |' L( ?' e+ E* k0 \2 v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Gas ）之外的气体站（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）中进行，这样可以Purifier RoomYard），而气体的纯化则往往在生产厂房内专门的纯化间（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）或生产车间的架空地板下，在这里形成配管管道从气体纯化间输送至辅道生产层（SubFAB给出了一个典型的大宗气体系统）送至各用户点。
图1网络，最后由二次配管系统（Hook-up 图。
供气系统的设计2 1 U# @: B& d+ W+ T6 X& a2.1 气体站- c. V# y O4 z2.1.1 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。
S0 c4 V5 \ b* _3 G% V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。
# N( M w. t2 ? M2）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。
8 h G$ l! J% L a& ]9 j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。
）即可满足生产要求。
如用气量较大，则氢气则以气态方式供应，一般采用钢瓶组（Bundle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Tube Trailer可采用供气方式Tube Trailer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，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。
: f2 v, T$ A2 f/ t: J.U t m）的Bundle 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（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，时才是液体，此时所有杂质在此-4500F国外已开始尝试使用液氦储罐，而且由于氦气在低于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。
: j* Q3 y- p* E i# O- N需要特别注意几个问题：2.1.2 在整个气体站的设计中, 如气体站的平面布置必须符,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合相关安全规范。
- B2 R5 E f6 q R8 L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。
R% @1 l4 W T7 A5 g7 \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，不需要经纯化即芯片生产工艺中，只有部分工艺设备可直接用于工艺设备。
另一折衷的方法是，目前200mm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气体的品质要求2.2.1 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，目芯片生产工艺线对大宗气体200mm1给出了某ppb前对大宗气体的纯度要求往往达到级，表的品质要求。
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（purifier Room）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ATTO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、、JPC、Toyo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。
2作了整理，见表/ E& x Y9 m: z, | t; A3 LH2效果最佳，、H2纯化器则以Getter、一般说来，N2O2纯化器较多采用触媒吸附式，Ar Getter 纯化器也多采用触媒吸附结合式。
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N2管线必须在气体纯化间内留有接口。
8 Q% l3 [+ v# p( \- ^. r: ~+ F% Z% G p4 f, k Y7 I% \过滤器2.2.3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的颗粒含量0.1μm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：大于为零。
而去除颗粒则需采用气体过滤器。
* N! s }! O1 G2 m; |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2.3 , Y p8 k q4 ^9 O d/ Q4 x0 A' S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）都会被送及THCCO2）系统。
Supervisory Control and Date Acquisition往控制室中的SCADA（* d+ s7 c9 l. [& {: E _0 O2.4 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。
6 I% g9 s3 [2 |' G w1）每一种气体的纯化器都需要有一台作备用。
）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 2 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，& Q7 B- J/ x' Q* O; x- S Z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。
还需要考察气体供应商的系统设计情况，是否有对供,, 另外若有条件采用集中管道供气方式气中断、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。
5 v+ t3 k6 I+ V3 大宗气体输送管道系统的设计）的架空地）或生产车间（经纯化后的大宗气体由气体纯化间送至辅助生产层（SubFABFAB）送至各用户点。
以我的设计经板下，在这里形成配管网络，再由二次配管系统（Hook-up 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3.1 2 y5 k! f! h2 O8 {$ ^$ h其）和环型（图3）两种。
其中又数树枝型最为常用2 目前，较为常见的架构有树枝型（图,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架构清晰,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。
如，笔者在某200mm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由于该FAB），环型主管主要高，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 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。