小規模6英寸晶圓廠特氣系統的維護與質量控制

唐代飛+劉揚洪

摘 要：文章介紹了6英寸小規模科研生產線特氣系統的系統組成，對日常特氣系統的維護進行了分析與闡述，同時對特氣系統的質量控制做了簡要的分析。

關鍵詞：特氣系統；質量控制；管理與維護

引言

6英寸半導體生產線制程設備種類多，每類設備應用的工藝氣體都不相同，一條6寸工藝線工藝氣體大約有30多種，按照氣體的種類可分為：大宗氣體如氧氣，氮氣，氫氣等；特殊氣體如砷烷，硅烷，溴化氫等，由于大多數特殊氣體都是有毒、易腐蝕性、易燃易爆等氣體，加上氣體的純度也會影響工藝的品質，因此半導體生產線的特氣系統顯得特別重要，本文主要從特氣系統的維護、氣體質量控制兩個方面做一些分析與探討。

1 特氣系統的基本構造與組成

高純特氣系統的供應方式一般有多種，如現場制氣，用管道輸送供氣，槽車輸送供氣，外購氣體鋼瓶或鋼瓶組輸送供氣等。具體采用哪種供氣方式，主要考慮的因素是工廠的生產規模和用氣要求。無論哪種方式都是要確保供氣質量、運行管理方便，還要降低產品的生產成本，以便安全、可靠、高效地供應氣體。目前在小規模6英寸晶圓廠應用最為廣泛的是采用外購氣體鋼瓶輸送供氣，因為它具有投資較少，使用方式靈活的優點，但在氣體輸送的過程中氣體比較容易受到污染，這就要求整個供應系統得到嚴格的管理和維護。

常見小型特氣系統的結構與組成如下：

氣瓶柜（GC）一般集中設置在主體廠房一樓的氣體房內，在氣體房中技術人員要進行鋼瓶更換和日常的維護保養工作。對于毒性氣體還要求設有專用的廢氣處理裝置（Scrubber），以便安全處理各種作業過程中產生的有毒氣體，以確保工作環境的安全。特種氣體從氣瓶柜流出先經過各種閥門以及壓力調節器（Pressure Gegulator）等，由特殊氣體輸送管道（一般都是316L EP管）供應到位于廠房一樓（Sub-Fab）的多個閥門分配柜VMB（Valve Manifold Box）中。然后制程氣體再由VMB的各個機臺的位置，而對于工作臺工作使用的部分尾氣也還要進入現場尾氣處理裝置（Local Scrubber）進行處理。在特氣輸送系統中各個環節都需要進行氣體泄漏檢測與聯動互鎖，一旦發生氣體泄漏，應自動切斷輸出閥門，打開應急排風系統，保證生產廠房的人員安全。

2 特氣系統的維護

由于特氣系統是一種具有高風險的供應系統，因此在生產線現場的維護需要專業、有經驗的技術員完成。特氣系統的維護主要包含氣體柜維護和管路維護。

（1）特氣柜又分為全自動特氣柜與半自動特氣柜，每種氣柜的維護方法有一定的區別。全自動氣柜維護自動化程度較高，并且安全可靠。在維護前關閉鋼瓶閥門，設置換瓶吹掃，程序自動進行抽氣，置換等動作，根據氣體性質的不同，一般至少吹掃60次以上，負壓保壓30分鐘以上，確保氣柜各管路與閥門吹掃干凈。

（2）管路的維護，由于不同的氣體性質不一樣，對管路維護的方法也不相同，對腐蝕性氣體的管道需要多次用高純氮氣吹掃（N2purge），一般至少反復30次，對于有吸附性的液態源氣體，由于管路容易堵塞，需要多次的反復的抽真空，抽完后關閉閥門，1小時后會出現壓力表回表的現象，會造成管道泄漏的誤導，遇到此情況打開真空器發生器繼續抽，直到沒有吸附氣體釋放為止。

以上兩種系統維護后都必須做正壓與負壓的保壓測試，一般正壓保壓壓力為使用壓力的1.2倍，負壓保壓為-12PSI，保壓時間至少120分鐘以上，由于壓力傳感器（PT）受溫度的影響，一般有2PSI的正負波動。

3 氣體輸送的質量控制

特氣輸送系統的質量控制關鍵點主要在于輸送系統的密封性、管道材質、施工規范的控制，首先密封性的控制是保證氣體純度與輸送安全的先決條件，管道材質決定了氣體純度中間過程的控制，施工規范保證了外來雜質與顆粒的混入與干擾。

為了保證特氣系統質量的可靠性，目前業界通過五項測試進行驗證與分析。五項測試是一項最基本特氣系統質量控制手段，在半導體業界廣泛使用。

（1）壓力測試。壓力包括正壓測試與負壓測試，正壓一般是實際使用氣體壓力的1.2到1.5倍，測試時間最少24小時，考慮到溫度對氣體壓力的影響，一般壓力變化在2PSI之內。負壓根據廠務實際提供的真空發生器產生的負壓值決定，一般在-15到-20PSI左右。

（2）氦泄漏檢查。利用氦氣檢漏儀進行管路檢漏，漏率應該控制在1E10-9cc/sec以上，此方法可以進行內漏，外漏等一些非常微小的漏率進行檢漏，靈敏度比正壓保壓高很多倍，此項是確保管路不發生微露。

（3）顆粒測試。主要是為了檢測管道內部的一些微小雜質，一般標準應該是大于0.1um的顆粒數小于等于1顆/立方英尺。為了保證管道的潔凈，除了使用高質量的管材、規范的施工外，對吹掃氣體的純度也有很大的要求，一般要求吹掃氮氣純度達到99.999%。

（4）水分分析。主要是測試管道內部的水分含量。測試指標為小于10ppbv，管道內部的水含量對氣體的純度，特別對于一些工藝制程有很大的影響，嚴格執行水分分析測試，是控制特氣質量不可缺少得一項重要工作。

（5）氧分分析。氧分分析與水分分析比較類似，是對管道內部氧分子含量的測試，一般標準為小于10ppbv。

4 結束語

在半導體小型化工廠里，特氣系統的管理與維護是一個薄弱環節，在特氣純度的質量控制上也沒有引起足夠的重視。特氣系統里面的高純氣體，大多數具有極高的毒性，腐蝕性及易燃性氣體，再加上無塵室的密閉作業環境及回風系統，所有這些因素都大大增加了半導體廠房的安全風險。不論從安全還是質量，管理或維護等方面，都要從思想上重視，行動上管控，把特氣系統這個特殊的系統應用好，管理好，使其在科研生產線上保質保量、安全可靠的運行。

參考文獻

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