大宗气体及特殊气体 2.docx
- 文档编号:5315765
- 上传时间:2022-12-15
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:118.33KB
大宗气体及特殊气体 2.docx
《大宗气体及特殊气体 2.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大宗气体及特殊气体 2.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
大宗气体及特殊气体2
GAS
系
统
基
础
知
识
概述
HOOK-UP专业认知
一、厂务系统HOOKUP定义
HOOKUP乃是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。
HOOKUP是将厂务提供的UTILITIES(如水,电,气,化学品等),经由预留之UTILITIES连接点(PORTORSTICK),藉由管路及电缆线连接至机台及其附属设备(SUBUNITS)。
机台使用这些UTILITIES,达成其所被付予的制程需求并将机台使用后,所产生之可回收水或废弃物(如废水,废气等),经由管路连接至系统预留接点,再传送到厂务回收系统或废水废气处理系统。
HOOKUP项目主要包括∶CAD,MOVEIN,COREDRILL,SEISMIC,VACUUM,GAS,CHEMICAL,D.I,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC,DRAIN.
二、GASHOOK-UP专业知识的基本认识
在半导体厂,所谓气体管路的Hook-up(配管衔接)以BuckGas(一般性气体如CDA、GN2、PN2、PO2、PHE、PAR、H2等)而言,自供气源之气体存贮槽出口点经主管线(MainPiping)至次主管线(Sub-MainPiping)之TakeOff点称为一次配(SP1Hook-up),自TakeOff出口点至机台(Tool)或设备(Equipment)的入口点,谓之二次配(SP2Hook-up)。
以SpecialtyGas(特殊性气体如:
腐蚀性、毒性、易燃性、加热气体等之气体)而言其供气源为气柜(GasCabinet)。
自G/C出口点至VMB(ValveMainfoldBox.多功能阀箱)或VMP(ValveMainfoldPanel多功能阀盘)之一次测(Primary)入口点,称为一次配(SP1Hook-up),由VMB或VMPStick之二次侧(Secondary)出口点至机台入口点谓之二次配(SP2Hook-up)。
GAS简单知识基本掌握
第一章气体概述
由于制程上的需要,在半导体工厂使用了许多种类的气体,一般我们皆依气体特性来区分,可分为一般气体(BULKGAS)与特殊气体(SPECIALTYGAS)两大类。
前者为使用量较大之气体,如N2、CDA等,因用量较大,一般气体常以大宗气体称之。
后者为使用量较小之气体?
一般指用量小,极少用量便会对人体造成生命威胁的气体,如SiH4、NF3等
1.1BulkGas介绍
半导体厂所使用的大宗气体,一般有:
CDA、GN2、PN2、PAr、PO2、PH2、PHe等七种。
1.大宗气体的制造:
CDA/IA(CleanDryAir/InstrumentAir):
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/IA(CleanDryAir)。
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﹪,含小数点后共6个9。
经纯化器纯化过的氮气纯度约为99.9999999﹪,含小数点后共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℃,Methane=-161.4℃。
2.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),LocalScrubber助燃。
IA主要供给厂务系统气动设备动力气源及吹净。
N2:
主要供给部分气动设备气源或供给吹净、稀释、惰性气体环境及化学品输送压力来源。
O2:
供给ETCH制程氧化剂所需及CPCVD制程中供给氧化制程用,供给O3Generator所需之氧气供应及其它制程所需。
Ar:
供给Sputter制程,离子溅镀热传导介质,Chamber稀释及惰性气体环境。
H2:
供给炉管设备燃烧造成湿氧环境,POLY制程中做H2BAKE之用,W-PLUG制程中作为WF6之还原反应气体及其它制程所需。
He:
供给化学品输送压力介质及制程芯片冷却。
3.BULKGAS的供应系统
Methods:
BulkGasSupplySystembeforeFab
BulkGasSupplySysteminFab
大宗气体(BULKGAS)虽然不像特殊气体(SPECIALITYGAS),有的具有强烈的毒性、腐蚀性。
但是我们使用大宗气体时,仍然要注意安全。
GN2、PN2、PAr、PHe具有窒息性的危险,这些气体无臭、无色、无味,如大量泄出而相对致空气中含氧量(一般为21﹪)减少至16﹪以下时,即有头痛与恶心现象。
当氧气含量少至10﹪时,将使人陷入意识不清状态,6﹪以下瞬间昏倒,无法呼吸,6分钟以内即死亡。
PH2因泄漏或混入时,其本身之浓度只要在H2之爆炸范围(4%-75%)内(如对空气),只要一有火源,此气体乃会因相混而燃烧。
PO2会使物质易于氧化产生燃烧,造成火灾的不幸事件。
因此,身在半导体工厂工作的我们,在设计上、施工中,如何避免泄漏、如何防患,则是我们努力的工作之一。
1.2特殊气体特性及系统简介
半导体厂所使用的特殊气体种类繁多,约有四五十种,依危险性可区分为以下数类:
*易燃性气体FlammableGas
*毒性气体ToxicGas
*腐蚀性气体CorrosiveGas
*低压性/保温气体HeatGas
*惰性气体InertGas
1.特殊气体特性简介
*易燃性气体:
燃点低,一泄漏与其他气体相混,便易引起爆炸及燃烧
如SIH4,PH3,H2,….
*毒性气体:
反应性极强,强烈危害人体功能,如CO,NO,CLF3,….
*腐蚀性气体:
易与水份起反应而产生酸性物质,有刺鼻,腐蚀,破坏人体的危险性
如NH3,SIF4,CL2,….
*低压性/保温气体:
属粘稠性液态气体,需包加热线及保温棉,将管内的温度升高以使其气化,才能充分供应气体,如WF6,BCL3,DCS,….
*惰性气体:
又称窒息性气体,当泄漏出的量使空气中含氧量减少至16%~6%以下时,便会影响人体,甚至死亡,如SF6,C4F8,N2O,….
2.供应系统简介
*GC(GasCabinet)气瓶柜
*GR(GasRack)气瓶架
*BSGSSystem(BulkSepcialgassupplysystem)特殊气体大量供应系统
*Y-Cylinder,Bundle集束钢瓶
*Trailer槽车
*VDB主阀箱/VDP主阀盘(ValveDistributionBox/Panel)
*VMB阀箱/VMP阀盘(ValveManifoldBox/Panel)
SpecialtyGasSupplySystem
SpecialtyGasSupplySystem-Equipmentineveryfloor
我们不排除这些气体会对我们有不良影响。
身在半导体工厂的我们,在设计上、施工中,如何避免泄漏、如何防患,则是我们努力的工作之一。
第二章一次配管和二次配管
半导体厂的气体管路,我们一般区分为一次配管(SP1)及二次配管(SP2,
又称Hookup)。
SP1:
为由气体的起始流出点(Gasyard/Gascabinet)至无尘室中的TakeoffValve或VMB(Valvemanifoldbox)/VMP(Valvemanifoldpanel)。
SP2:
为由TakeoffValve或VMB/VMP开始至生产机台设备处为止(Hookup)。
所使用管材以1/4”、3/8”、1/2”、3/4”为主。
Piping之设计应配合气体类型考量,一般分为BulkGas及SpecialityGas两大类。
2.1Material介绍
了解半导体气体工程的配管,和管路设计,必须先了解材料(Material)
2.1.1材料区分:
1.TUBE&PIPE(管件)
2.FITTINGS(配件)
3.VALVE(阀件)
4.REGULATOR(调压阀)
5.CHECKVALVE(逆止阀)
6.FILTER(过滤器)
7.VACUUMGENERATOR(真空产生器)
8.其他
2.1.2选料依据:
气体种类,气体特性
*影响材料使用的等级–AP/BA/EP/V+V/….
业主需求及预算
*有无指定厂牌或规格
依机台所需用量及本身接点选定料件尺寸
*影响材料使用的尺寸–?
”/?
”/15A/…….
依机台所需压力及流量不同选择材料型式
*选用压力范围适合或流量符合之阀件
视盘面组装选择料件接头型式
*VCR/SWG/Welding/Flange…..
2.1.3TUBE&PIPE管件:
1.定义:
*Pipe:
以公称内径(ID)配合壁厚作为量度之尺寸.
*Tube:
以外径(OD)及壁厚作为量度之尺寸.
*规格:
6M/stickor4M/stickor100M/roll
2.常用材质:
SS304/SS304L&SS316/SS316L&VIM+VAR&HC-22…
3.表面处理等级:
BA–BrightAnneal表面研磨
EP–ElectroPolish表面研磨+电解研磨
4.等级:
*BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级
*SpecialtyGas:
易燃性/惰性气体–316LEP
毒性–双套管(304AP+316LEP)/单管316LEP
腐蚀性气体–VIM+VAR
低压性气体--316LEP+HeaterLine+WarmCover
2.1.4FITTINGS配件:
1.材质同管件
2.常用种类:
a.Nut+Gland+Gasket
b.Elbow,Tee,Reducer
c.Cap,Plug
d.Connector
e.others…
3.型式及规格:
一般可分为VCR/SWG/WELDING/螺牙接头/FLANGE
尺寸从1/8“~1”(VCR/SWG)及1/4“~300A(WELD/FLANGE)皆有,
又分短接头SCM(micro)or长接头SCL(long)&SCF(以Kitz作说明):
ProductNameSizeSizeforothersideTypeSpecificationMaterial
SCM40EEPLE
SCM:
表示BANKEN公司对FITTING的分类,是属于短接头型式。
4:
表示尺寸为1/4”。
0:
表示另一端尺寸同前,为1/4”。
E:
表示此料件型式为ELBOW。
EP:
表示料件表面处理等极为EP。
LE:
表示此料件为VIM+VAR等级的EP
4.常用厂牌:
KITZ/HAM-LET/IHARA/SWAGELOK/FUJIKIN….
5.另外大部分FITTING又分为三种不同规格,分别为一般Type;UnionType及ReducingType。
一般型即为平时所见之焊接型式,
Union型为对接型式(即直接以GLAND+NUT锁紧),Reducing型类似一般型,唯其两端(三端)尺寸不同。
一般组盘所用接头有两种,分别为VCR及SWG,其中VCR需锁紧1/8圈,SWG需锁紧11/4圈(1/4”以下需锁紧3/4圈),方能有效锁紧。
大部分的气体使用之GASKET为Ni材质,CO对Ni具侵蚀性*CO&O3–GasketmustbeSUS.。
2.1.5VALVE阀件:
1.材质同管件
2.常用种类:
*手动阀(ManualValve)
a.BallValve球阀
b.BellowsValve波纹管阀
c.DiaphragmValve膜片阀
*气动阀(AirValve)
*逆止阀(CheckValve)CHECKVALVE选取主要依据其尺寸及两端接头型式决定。
CrackingPressure为CheckValve使气体通过之最小压力。
通常选用3psig以下之型式。
NH3必需使用特殊之CheckValve,*NH3–CheckvalvemustbeAFLAStype.。
*其他
3.常用厂牌:
KITZ/OHNO/IHARA/MOTOYAMA/NUPRO….
4.备注:
*高压阀/低压阀--依使用场所不同来选择
*两通阀/三通阀/四通阀/…..:
依需求来选择,注意流向选择
2.1.6REGULATOR调压阀:
1.材质同管件
2.Seat材质:
PCTFE,SS316L,Kel-F81…*N2O–SeatmaterialmustbeVespel.
3.常用种类:
*高压/低压/一般压力
*2P无表头/3Por4P单表头或双表头
*VCR/SWG/Flange
4.REGULATOR一般分高压与低压选取,但尚有高流量型式可供选取,另外可依表头(Gauge)需求加以搭配。
?
(以KITZ为例)
*BulkGas一般使用316LBA或316LEP等级/VCR或SWG
1/4”-R25系列
3/8”-R35系列
1/2”-RH1系列
*SpecialtyGas:
毒性/易燃性/惰性气体–316LEP-L25orR25系列
腐蚀性气体–VIM+VAR-L25SVA系列
低压性气体–需选择可调负压的type-L96SSA系列
(-30”Hg~0~30psi)
2.1.7aboutPressureGauge&Transducer
1.常用种类区别:
*PressureGauge(PG)压力表头,指针式,C122
*PressureSwitch(PS)压力开关,指针式,带传输线,IPS122
*DigitalPressureGauge(PID)电子式压力表头
*PressureTransducer(PT)压力传送器
2.使用于:
盘面及管路上
3.压力范围大致可分为:
*高压(0~3000psi)
*低压(-30”Hg~0~30psi)
(-30”Hg~0~160psi)
4.常用电源:
24VDC,4~20mADC
2.1.8FILTER过滤器:
1.功能:
过滤气体中的微粒子(Particle)
2.过滤等级选择,即滤径尺寸(particlesize),可分为:
*0.01um/0.03um/0.003um
3.中心滤片(Medium)材质:
PTFE/SS316L/NI*CO–滤片材质为PTFE
4.流量考量(flowrate):
分一般流量及大流量
30slpm/100slpm/300slpm/1500slpm….
5.Connectingtype:
VCRorSWGorWelding
6.注意:
一般常用滤片材质(以Mykrolis为例)
*BulkGas–PTFE
*SpecialtyGas:
毒性/易燃性/惰性气体–PTFE系列
腐蚀性气体–PTFE,noSS316L
forCO-PTFEtype
2.1.9VACUUMGENERATOR真空产生器:
装于G/C/G/R/VMB/VMP作为Vent抽气使用
VACUUMGENERATOR的选取主要在于其接头的尺寸及型式。
Ventout1/2”
GN2in?
”
其他:
(1)氩气:
纯度99.999以上,每个钢瓶6立方公尺或7立方公尺,通常一瓶每组可使用2~3天。
(2)C型钢:
制作支撑架用,有高低脚、双并、有孔等型式。
(3)电工管夹:
将管材固定于C型钢上,最大可使用至5/8”之管子。
(4)管束:
分单立、双立、P型等型式,固定管子用。
(5)牙条:
吊挂、固定型钢用。
(6)型钢垫片:
配合牙条、吊挂型钢用。
(7)弹簧螺帽:
置于型钢槽内,锁螺丝或牙条用。
<符号认识:
>
2.2一次配管
2.2一次配管(SPI)
2.2.1BULKGASSPI
名词:
MAIN---主管
SUBMAIN---副主管
TAKEOFFVALVE一次配与二次配连接的阀
ISOLATIONVALVE隔离阀
BOTTOMVALVE末端阀
·1SCOPE
SP1:
为由气体的起始流出点(Gasyard)至无尘室中的TakeoffValve
·2管路形式
BulkGas在SubFab中的供应系统按其形状可以分为鱼骨式和回路式两种。
鱼骨式:
MAIN和SubMain以鱼骨的形状分布
回路式:
MAIN和SubMain构成回路形式
这两种BULKGAS的供应形式各有自己的优缺点,鱼骨式成本比较低,但是由于气体在SubMain但方向供应的距离比较长,容易产生较大的压降,末端部分的TAKEOFFVALVE容易产生压力不足的情况;回路式使用MAIN从两端向SUBMAIN供气的方式,很大程度上降低了压降带来的不良影响,但是由于延长了MAIN的长度,成本比较高。
实际上,不管鱼骨式还是回路式,通过科学的计算,选择适当的压力和管径,都可以满足厂务的需求,选择哪种方式,主要看业主的需要和选择。
·3阀件的选择
*该图为各种阀件在供应系统中的应用位置
*选择的依据:
阀的类型:
根据气体的种类
PurgePort:
根据管路焊接时ArPurge(防止管路内部焊道氧化)的需求
*各位置阀的选择
IsolationValve(OnMain/Submain)
Weldingwith2purgeport
BottomValve(OnMain/Submain)
Weldingwith2purgeport
TakeoffValve
3/4",15AorlargerSize:
useweldingwithoutletpurgeportvalve
1/2"orsmallersize:
useinletweldingoutletVCR(SWG)withNoportvalve
WealsecanchooseVCR(SWG)valveastakeoffvalewithnopurgeportfollowingsupplyingstatus
2.2.2SPECIALTYGASSPI
名词:
GC—GasCabinet气瓶柜
GR—GasRack气瓶架
VMB—ValveManifoldBox
VMP—ValveManifoldPanel
VDB—ValveDistributionBox
VDP—ValveDistributionPanel
·1SCOPE
为由气体的起始流出点(GC/R)至无尘室中的VMB/P
·2气体设备的设计
●设计流程介绍:
1.客户提出需求
2.设计建议案提出:
a)Key-PointIntroduction
b)FlowSheetDrawing
c)MaterialQ’tyList
3.箱体,盘面发包组立:
a)MaterialChosen
b)PanelLayoutDrawing
c)BoxStructDrawing
●GasCabinet/GasRack设计:
1.功能设计可分为单钢/双钢(2Process)/三钢(2Process+1N2)
气瓶柜内的钢瓶数设计可分为三种:
分别为单钢、双钢、三钢。
单钢的设计通常使用于研究机构或实验室等。
制程尚未有量产,气体使用量小,现场可随时协调停机进行钢瓶之更换,其优点节省空间、成本低、但需透过日常之管理与协调以免中断制程造成损失。
双钢与三钢常用于量产工厂,制程不允许停机情况,当一支钢瓶使用完后,另一支钢瓶standby会自动转为供气,此两种形式最大的差别是在purge管路的纯化氮气是以钢瓶或厂务端供应,当purge用的PN2统一由厂务端来供应时,所有特殊气体供应系统不管是否相容,全部连接到同一个供应源,会有较高的风险值;万一中央供应系统的PN2中断,警报系统又损坏,恰巧两种不相容的气体同时使用purge,此时极有可能发生爆炸的事件发生,相同性质可使用同一瓶钢瓶来purge增加的成本及空间非常有限,是一种非常好的应变方式。
三钢气柜成本不会差很多安全性会是最好的,只要空间允许应最优先选择。
2.操作性设计:
一般气瓶柜都设计有两个特殊气体钢瓶,需自动切换的功能以达到连续供应不断气的目的,气态气体通常以压力感应器来计算钢瓶的剩余量,若是液态蒸气压气体则以电子磅秤来侦测剩余量,当一瓶用完时会切换到另一瓶。
操作上一般可分为全自动、半自动、手动三种方式通常换钢瓶时会执行下列几种Purge:
(a)Pre-purge(换钢瓶前)
首先将钢瓶阀关闭,测试是否有关紧,用真空产生器将特殊气体抽出,再用PN2来稀释管壁内的特殊气体,重复执行充吹的动作将管壁内的特殊气体稀释干净,此时即可更换钢瓶。
(b)Post-purge(换钢瓶后)
通常以PN2来进行保压测试,测试钢瓶接头是否衔接良好,再利用PN2重复执行充吹的动作来将钢瓶接头清洁干净。
(c)Processpurge(用特殊气体)
直接用特殊气体来Purge管壁,主要的目的是要将PN2完全的清除让供气的品质更好,不会因更换钢瓶而供应品质受到影响。
(d)Hipressureleaktest(高压测漏)
通常高压燃烧性气体会建议使用高压测漏,因为经过高压测漏更能确保钢瓶接头衔接没问题。
一般钢瓶更换时机大约是剩余10%的残留量,但实际上应以制程的需求来决定,这样才会得到最佳的更换时间。
再者,钢瓶都有使用期限,操过使用期限因为部分特殊气体会对钢瓶造成为腐蚀,污染气源。
为到达上述1-4项的功能,其管件的设计就会比较复杂,建议顾客尽量使用自动的供应系统,若使用手动的方式进行,人员操作需要非常的小心谨慎,只要任何一项步骤有疏失极可能影响供应的品质,严重时有可能造成人员伤亡。
即使是气瓶架也应该采用自动的供应系统,虽然没危险性,人员操作不当极有可能造成污染,毕竟要人员重复动作可能几十次,不但需要耗很多的时间,人员也要集中很多精神来执行,风险等级也相对提高。
3.气瓶柜管路设计:
认识气瓶柜盘面上的一些设计,以下逐一介绍盘面上重要主件:
1.气动阀气源:
一般以GN2来进行控制,不建议使用CDA,因GN2的供应系统比较稳定,不会因停电或运转设备故障而中断,此气源是用于自动或半自动的气动阀件开关。
2.手动控制阀:
主要用于第二到防护作为第二次确认用,一般于供应气体的出口端。
3.逆止阀:
防止特气倒灌到清洁用的PN2系统和抽气用的GN2系统。
4.调压阀:
用于调整供应系统的供应压力。
5.压力传送器:
是防护系统中非常重要的零件,透过它我们可以判断管路是否泄漏,相关阀件是否正常开关,同时亦可检知钢瓶的剩余量。
6.真空产生器:
利用GN2快速流动产生吸力,将管路中的气体抽出,以到达抽气的目的。
7.气体过滤器:
一般在钢瓶出口端会装比较粗的过滤器,在出端会装比较细的过滤器,有效过滤气体中的粒子,过滤器较不易purge所以一般不建议装在常purge的管路中。
8.过流量侦测器:
对管路异常流量进行侦测,若是操过设定值,即判断管路上可
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大宗气体及特殊气体 大宗 气体 特殊
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)