開放式半導體微納加工實驗室危化品管理體系的規范化建設

王 英，程秀蘭，吳煒文，付學成，韓永來，沈赟靚，張明軍

（上海交通大學 先進電子材料與器件校級平臺，上海 200240）

微納加工技術是現代半導體產業的基石，許多國際知名大學和相關研究機構均建立了微米、納米加工工藝支撐平臺或實驗室。特別是在美國，排名前50的大學幾乎均有自己的微納加工實驗室，這些實驗室不僅對外開放，而且承擔高端技術的開發及人才培養的功能[1-2]。在“十二五”期間，根據微納相關學科及科研的需要，國內眾多科研單位及高校均加強了在微納加工領域的建設與研究工作。隨著半導體微納加工實驗室的建設與發展，如何科學、安全地管理這類實驗室已成為越來越緊迫的課題[3-4]。

開放式半導體微納加工實驗室工藝過程具有工藝種類多、工藝流程復雜、工藝關聯性強等特點；其涉及的材料種類多樣，危化品、特種氣體用量大，廢棄物處理復雜，因此這類實驗室危化品管理的復雜性明顯高于普通實驗室[5]。此外，與普通實驗室要求不同，由于半導體微納加工實驗室對溫度、濕度、潔凈度等具有嚴格的要求，因此這類實驗室均為相對封閉的凈化室，這對應對突發危險、應急處置及逃生等提出了更高的要求[6-7]。此外，開放式半導體微納加工實驗室除了具有上述特點外，相比于其他實驗室還具有用戶專業背景復雜、人員數量多及參與度高的特點，這就要求實驗室管理，特別是危化品的管理必須嚴格規范。因此，加強實驗室安全管理和規范化建設，保障實驗室安全高效運行是擺在這類實驗室管理面前最重要的課題，也是推動微電子技術發展的重要保障[8-10]。

1 半導體微納加工實驗室危化品分類

半導體微納加工實驗室工藝涉及清洗、光刻、刻蝕、薄膜、擴散、后道等多道工藝。這些工藝過程不僅涉及設備操作過程中的電氣安全問題，同時也涉及各類化學品的使用、處理等問題。

1.1 常用化學試劑

開放式半導體微納加工實驗室日常使用化學品可以分為常用試劑和常用氣體兩大類。常用試劑主要用于濕法清洗、濕法刻蝕、光刻及顯影等工藝過程中，涉及具有強酸堿性、強腐蝕性、易燃、高毒性等多種化學試劑，半導體工藝過程中部分常用試劑見圖1。如果對這些常用化學試劑不能進行規范化的管理，將給實驗室帶來一定的安全隱患。

圖1 微納加工實驗室部分常用化學試劑

1.2 常用氣體

開放式微納加工實驗室在常用氣體方面主要包括大宗氣體及特種氣體。大宗氣體大部分無色無味，相對毒性較低，但仍有潛在的危險，往往具有一定的窒息性質，常用氣體如：壓縮空氣、N2、Ar、O2、He、H2等。特種氣體一般用于薄膜沉積、摻雜、外延、離子注入、刻蝕等工藝，一般可分為腐蝕性、劇毒性、易燃易爆、惰性等幾類，CF4、CHF3、C2F6、C4F8、SF6等氣體因為在一般條件下與其他物質不發生反應，可以歸為常用的惰性氣體。常用腐蝕性、劇毒性、易燃易爆氣體見圖2。

圖2 微納加工實驗室常用腐蝕性、劇毒性、易燃易爆氣體

1.3 廢棄物分類

開放式微納加工實驗室每天產生大量的化學廢液[11]及固體廢棄物（如硅片、帶有污染物的廢棄物等），這些廢棄物的處理關系到實驗室運行的安全。因此，在分類、存放、回收等方面須進行嚴格管理。微 納加工實驗室常規廢棄物可以分為液體類和固體類（見表1），其中包括有機廢液、無機廢液、含氟廢液、清洗廢液、利器廢棄物、空試劑瓶、有毒廢棄物、普通廢棄物等。根據分類的不同，其存放及回收的方式也不同。因此在實驗室運行過程中須確保各類廢棄物按規范進行回收并處理。

表1 微納加工實驗室常規廢棄物分類

2 危化品管理體系的規范化探索

危化品一直是實驗室安全管理的重點。根據我校的實踐經驗，主要從以下幾方面對開放式微納加工實驗室進行規范化管理與探索。

2.1 提高安全意識，加強安全宣傳與培訓力度

安全意識是安全保障的前提，因此需要首先提高實驗室工作人員和用戶的安全意識[12]。為此，需要定期開展安全宣傳活動，包括消防安全宣傳、化學品安全宣傳、廢棄物分類管理宣傳、實驗室安全操作宣傳、實驗室特殊氣體知識宣傳等。通過各種安全宣傳強化師生的安全意識，同時建立安全宣傳檔案，形成規范。此外，需要對實驗室工作人員以及用戶定期組織安全培訓。特別是針對新進實驗室人員，建立安全培訓考核制度，并存檔，對不通過的人員禁止進入實驗室，從而提高實驗室運行的安全性。

2.2 排查隱患，加強特種氣體及危化品管理

特種氣體及危化品是半導體微納加工實驗室兩大主要的危險源，必須加強對這兩大危險源的安全管理。

（1）特種氣體安全管理。針對特種氣體泄漏危害大，不易察覺的特點，對使用特種氣體的設備及實驗室空間加強氣體泄漏檢測管理，所涉及的空間須安裝氣體偵測系統，對易燃易爆氣體重點排查，對特氣泄漏檢測探頭進行全面檢查并建立檔案。同時要做好警示標牌，做好安全警示預案，提前預警；定期進行安全評估，對存在安全隱患的危險源必須及時處理。對鋼瓶等壓力容器及特種設備須定期檢驗，嚴格檢查工作人員上崗證，及時更新。建立定期檢查巡視制度，建立特種氣體泄漏、吸入等問題緊急處理預案，保障實驗室安全運行。

（2）危化品管理。針對實驗室化學試劑種類多，易燃試劑及強酸、強腐蝕試劑使用量大的特點，對實驗室進行全面梳理并定期進行點檢，建立檔案，定期巡查。對易燃、易爆、高毒性及高危害性化學試劑進行專人管理，建立檔案。針對危險性大，用量多的化學試劑進行重點管理，加強安全防護，建立嚴格的操作規程和使用規范，并在醒目位置放置警示標識。同時，針對化學品泄漏、傾灑、飛濺、吸入、接觸等問題建立緊急處理預案。

針對不同的特種氣體及危化品配備不同的消防滅火設備，并定期檢查及演練。同時，針對實驗室內各類安全防護設施定期進行檢查，及時進行維護、更新和更換，嚴格控制使用次數、時間和期限，嚴禁超時、超期、超負荷使用。

2.3 加強廢棄物管理，保障廢棄物回收安全

在實驗室安全管理過程中，必須對實驗室廢棄物進行細化分類管理并加強宣傳，保障廢棄物回收安全。

（1）加強化學試劑廢液處理管理。根據廢液成分復雜、危險性大的問題，對實驗室廢液種類進行詳細排查，細化廢液種類，劃分固定區域進行分類存放，每天巡視，建立廢液管理及巡視檔案，保障廢液存放安全及回收安全。實驗室常用化學試劑廢液分類見表2。

（2）加強實驗室其他廢棄物的管理。以固體廢棄物為例，實驗室中吸酸棉因為粘有化學試劑而與普通固體廢棄物不同。因此，對于固體廢棄物要區分普通固體廢棄物、有毒有害固體廢棄物及利器廢棄物等，不同類型的固體廢棄物如果混放會產生安全隱患，因此對這類廢棄物須進行細化分類管理，劃分區域，并根據廢棄物特點使用不同的容器分類存放和回收，保障工藝實驗過程中人員的安全。

表2 實驗室常用化學試劑廢液分類表

2.4 合理分區，完善設施配備，加強規范管理

（1）根據各類危險源的特點和實驗室的實際情況，對實驗室進行合理設計與功能劃分；對各類危險源根據特性進行分類分區域存放和管理，最大限度減小安全風險。同時，規范危化品的使用、回收及處理流程，并對其進行詳細的登記，做到有跡可循、有據可查。

（2）針對化學試劑操作、特種氣體操作、消防應急安全操作，配備了專業的防護用品，包括防護眼鏡、工作服、急救藥箱、防毒面具、防護服等，并對安全防護用品做到定點存放、定期檢查、及時更新和更換。

2.5 建立安全責任管理體系，做到責任到人

對存有化學品及特殊氣體的區域進行嚴格劃分和管理，建立從“使用人—工藝責任人—區域責任人—區域巡檢人”從點到面的安全管理體系，做到分區明確、無死角、責任到人。安全責任管理體系對實驗室使用人、工藝責任人、區域責任人等明確了各自的安全職責。區域檢查人根據安全條款定期、不定期巡查，確保實驗室安全規定落實到具體責任人，以保障實驗室安全運行。

3 結語

隨著開放式微納加工實驗室的建設與發展，微納加工實驗室的安全運行和安全管理已成為實驗室高效運行的關鍵。危化品由于其危害大、危險性高成為這類實驗室的主要安全隱患，因此合理規范地進行化學品管理是這類實驗室安全工作的重中之重。我校在實驗室建設和管理過程中不斷總結經驗，根據開放式微納加工實驗室的特點，借鑒國內外先進的管理經驗，同時結合自身的發展需求，把安全放在首位，不斷探索開放式微納加工實驗室危化品規范化管理體系的建設，以期為高校及科研院所同類實驗室危化品管理提供參考。