半导体厂GAS系统学习基础知识材料.doc
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1、-# GAS系统基础知识 概述HOOK-UP专业认知一、 厂务系统HOOK UP定义HOOK UP 乃是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。HOOK UP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( PORT OR STICK),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。HOOK UP 项目主要包括CAD,MOV
2、E IN ,CORE DRILL,SEISMIC ,VACUU,GAS,CHEMICAL,D.I ,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC, DRAIN.二、 GAS HOOK-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Buck Gas(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(Main Piping)至次主管线(Sub-Main Piping)之Take Off点称为一次配(SP1 Hook-up),自Take Off出口点至机台(Tool)或设备(Equipment)的入口点,谓之
3、二次配(SP2 Hook-up)。以Specialty Gas(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(Gas Cabinet)。自G/C出口点至VMB(Valve Mainfold Box.多功能阀箱)或VMP(Valve Mainfold Panel多功能阀盘)之一次测(Primary)入口点,称为一次配(SP1 Hook-up),由VMB或VMP Stick之二次侧(Secondary)出口点至机台入口点谓之二次配(SP2 Hook-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
4、分,可分为一般气体(BULK GAS)与特殊气体(SPECIALTY GAS)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1.1 Bulk Gas 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 (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/IA
5、 (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,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
6、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
7、: CDA: CDA主要供给FAB内气动设备动力气源及吹净(purge),Local Scrubber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O3 Generator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H2 BAKE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
8、化学品输送压力介质及制程芯片冷却。3.BULK GAS 的供应系统Methods:-OOO-He-OOO-OH2-O-Ar-OOO2-OON2O-CDACompressorBundleTrailer Container Storage tank Produced on-siteGAS TYPEBulk Gas Supply System before Fab Bulk Gas Supply System in Fab 大宗气体(BULK GAS)虽然不像特殊气体(SPECIALITY GAS),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
9、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
10、性气体 Flammable Gas * 毒性气体 Toxic Gas * 腐蚀性气体 Corrosive Gas * 低压性/保温气体 Heat Gas * 惰性气体 Inert Gas1. 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
11、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 (Gas Cabinet) 气瓶柜 *GR (Gas Rack) 气瓶架 * BSGS System (Bulk Sepcial gas supply system)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 (Valve Distri
12、bution Box/Panel)* VMB 阀箱 / VMP 阀盘 (Valve Manifold Box/Panel)Specialty Gas Supply SystemSpecialty Gas Supply System- Equipment in every floor 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(Gas yard/Gas cabinet
13、)至无尘室中的Take off Valve 或 VMB(Valve manifold box)/VMP(Valve manifold panel)。 SP2:为由Take off Valve 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Bulk Gas及Speciality Gas两大类。2.1 Material 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)
14、3. VALVE(阀件)4. REGULATOR(调压阀)5. CHECK VALVE(逆止阀)6. FILTER(过滤器)7. VACUUM GENERATOR(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.2.1.3
15、 TUBE & 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/stick or 4M/stick or 100M/roll2.常用材质: SS304 /SS304L & SS316 / SS316L & VIM+VAR & HC-223.表面处理等级 : BA Bright Anneal 表面研磨 EP Electro Polish 表面研磨 + 电解研磨4.等级: * Bulk Gas 一般使用 316L BA 或 316L EP 等级 * Specialty Gas
16、: 易燃性 / 惰性 气体 316L EP 毒性 双套管 ( 304 AP + 316L EP ) / 单管 316L EP 腐蚀性 气体 VIM + VAR 低压性气体 - 316L EP + Heater Line + Warm Cover2.1.4 FITTINGS 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.others3.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
17、/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):Product Name Size Size for other side Type Specification Material SCM 4 0 E EP LE 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EP4.常用厂牌 : KITZ /
18、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;Union Type及Reducing Type。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1 1/4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 Gasket must be SUS.。
19、2.1.5 VALVE 阀件:1.材质同管件2.常用种类 : * 手动阀 ( Manual Valve ) a.Ball Valve 球阀 b.Bellows Valve 波纹管阀 c.Diaphragm Valve 膜片阀*气动阀 ( Air Valve ) *逆止阀 ( Check Valve ) CHECK VALVE选取主要依据其尺寸及两端接头型式决定。Cracking Pressure为Check Valve使气体通过之最小压力。通常选用3 psig以下之型式。NH3必需使用特殊之Check Valve, * NH3 Check valve must be AFLAS type.。
20、* 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 2.1.6 REGULATOR 调压阀:1.材质同管件2. Seat 材质: PCTFE , SS316L , Kel-F81 * N2O Seat material must be Vespel.3.常用种类 : * 高压 / 低压 / 一般压力 * 2P 无表头 / 3P or 4P 单表头 或双表头 * VCR / SWG / Flange 4.
21、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) * Bulk Gas 一般使用 316L BA 或 316L EP 等级 / VCR 或SWG 1/4” - R25 系列 3/8” - R35 系列 1/2” - RH1 系列 * Specialty Gas : 毒性 / 易燃性 / 惰性 气体 316L EP - L25 or R25 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”Hg030 psi)2.1.7 about
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