半導體制造中的危害和預防

#集成電路

#半導體

l  FAB 內(nèi)的存在傷害的主要區(qū)域和系統(tǒng)：ETCH，T/F，DIFF，PHOTO，WAREHOUSE，HOOK UP，Gas&Chem半導體al

l  特種工藝氣體的危害及防護

半導體制造中所用的特種氣體大多以液化或壓縮形式填充于鋼瓶內(nèi)，壓縮氣體是一種能量儲存方式，具有潛在的釋放危險，所以氣瓶都必須牢固放置，嚴禁跌倒。氣瓶一般放置于氣瓶柜內(nèi)，氣瓶柜要防止氣體泄漏時不至于因壓力過大而失去阻隔功能，要有足夠的排風量，淋水消防設備，在鋼瓶上要裝置限流孔。氣瓶柜是放置在氣瓶房內(nèi)，其位置可在建筑物內(nèi)、靠近建筑物、或遠離建筑物15米。如果氣瓶房在建筑物內(nèi)或靠近建筑物，必須與室外變電站分開，根據(jù)距離遠近決定保護程度，內(nèi)墻應有兩小時的防火墻，所有門至少是1小時30分鐘防火等級及自動關閉的門。

氣體按其危險性分類可分為：惰性氣體、易燃氣體、毒性氣體、腐蝕性氣體、氧化性氣體、低溫氣體，下面就分別介紹其危險性和防護。

? 惰性氣體

不可燃氣體有N2、Ar、He等，它們具有窒息性，即取代肺中的氧氣后能讓人窒息而死。當氧氣被其它氣體所取代后，在不同的氧氣含量的情況下，對人體造成的危害如下：

●19．5％ 人類正常生活所需要的最低氧氣濃度極限。

●15-19．5％ 工作能力下降，冠狀動脈，肺部和循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)先期癥狀。

●12-14％ 呼吸，脈搏加快，漸漸失去知覺。

●10-12％ 呼吸，脈搏進一步加快，喪失判斷能力，嘴唇發(fā)紫。

●8-10％ 無意識，嘔吐。

●6-8％ 8分鐘死亡率100％,6分鐘死亡率50％，4-5分鐘尚可恢復。

●4％ 40秒鐘內(nèi)昏迷，抽搐，停止呼吸，直至死亡。

缺氧的急救措施：絕對不要不帶呼吸器就沖進缺氧區(qū)域。

有人認為：我可以盡量摒住呼吸，沖進缺氧區(qū)域把傷員救出來。

事實上：不可以!!!!1 50％這樣做的人會因此而喪命。

對惰性氣體要進行的危險防護有：

(a)保證空氣的流動，配備排風。
(b)按正確的操作流程對鋼瓶操作。
(c)監(jiān)測氧氣濃度。
(d)配備個人防護系統(tǒng)。
(e)不可以一人單獨工作。

? 易燃氣體

易燃氣體有C2H2、H2、CH4、SIH4、PH3、NH3等，它們具有窒息性，可燃性，其中有些氣體如H2、CH4、SIH4、PH3還具有爆炸的可能性。硅烷和空氣混合，在室溫下就會引燃。FMRC測試結(jié)果顯示，自燃發(fā)生在開始泄漏時或流量被關閉時。通常是6．35mm直徑的管路，壓力在100至300psi左右當管內(nèi)壓力減至50psi時開始燃燒。對可燃氣體要進行的危險防護有：

(a)保證空氣的流動，配備排風。
(b)正確的鋼瓶操作流程。
(c)使用防爆設備。
(d)避免任何火花產(chǎn)生的可能。

? 毒性氣體

毒性氣體有AsH3、PH3、COCL2等,它們的毒性對身體有害，有的可能造成人員中毒死亡。中毒途徑有吸人、吸收(通過皮膚)、吞食、注射(通過傷口)。對有毒氣體的危險防護有：

(a)提供排風系統(tǒng)。
(b)正確操作氣瓶。
(c)毒氣監(jiān)測系統(tǒng)。
(d)配備適當?shù)膫€人裝備。
(e)相關知識的培訓。

? 腐蝕性氣體

腐蝕性氣體可分為低腐蝕性氣體如HF、BCL3、S半導體L4和高腐蝕性氣體如HCL、BF3、二氯甲烷(DCS)、三氯甲烷(TCS)及三氯化氯(CLF3)等，它們具有摧毀人的生理組織以及腐蝕設備的危害。由于DCS及TCS的蒸氣壓很低，不能長距離傳送，加熱管路或鋼瓶可增加傳送距離。加熱設備應有高溫隔斷裝置，過流量隔斷閥或按鈕及遠處隔斷裝置可提供緊急隔斷功能，DCS鋼瓶若是碳鋼制則使用期限不超過一年。三氟化氯氣瓶應與其它氣瓶分開，氣瓶柜內(nèi)要有緊急關斷裝置，注意千萬不可裝淋水頭，因為泄漏氣體會與水反應形成爆炸性物質(zhì)。如果溫度超過450、則用鎳材質(zhì)管路，管路應使用雙重套管，外層管應用氮氣測漏裝置，二氧化氯偵測器用來偵測三氟化氯氣體的泄漏。對腐蝕性氣體要進行的危險防護有：

(a)提供排風系統(tǒng)。
(b)正確操作氣瓶。
(c)采用兼容的原材料。
(d)降低含水量。
(e)配備適當?shù)膫€人防護設備。

? 氧化性氣體

氧化性氣體有O2、N20等。它們具有助燃性、高反應性。當含氧量等于或高于23．5％時，燃燒特性發(fā)生改變：可燃范圍增大、自然溫度下降。即通常不會燃燒的物質(zhì)在高氧環(huán)境會燃燒；通常會燃燒的物質(zhì)在高氧環(huán)境會極易燃燒，且燃燒速度極快。曾有實驗證明，含氧量過高的衣物是極為危險的，只要有引燃點就會爆炸。所以從高氧環(huán)境下出來的人員、物品必須與引燃點隔離；并用新鮮空氣吹至少30分鐘；有關人員應及時更換衣服。

因此對氧化性氣體的危險防護有

(a)提供排風系統(tǒng)。
(b)正確操作氣瓶。
(c)使用兼容的原料。
(d)避免引燃點。
(e)確認系統(tǒng)經(jīng)過適當?shù)那逑础?/span>

? 低溫氣體

低溫液體是指在常壓下沸點低于-240，例如：液氧、液氬、液氮、液氫、液氦。它們的低溫可能會引起凍傷，以及引起周圍物品的損傷危險，包括過冷、過大的體積膨脹、霧。對低溫液體的危險防護有：

(a)提供排風系統(tǒng)。
(b)正確操作氣瓶。
(c)正確的系統(tǒng)設計。
(d)適當?shù)膫€人防護設備。

l  FAB 內(nèi)各區(qū)域PM的主要危害

? 排風管(Exhaust)

排風管可能將熱和火焰吸人，會把排風管內(nèi)一些可燃性液體(如光刻膠、真空泵油)或硅烷粉末點燃，排風管材料本身就是可燃物，當溫度超過其燃點時，會造成管路斷裂而使煙四處蔓延。

? Wet Bench(DIFF,ETCH)

濕腐槽是由聚丙烯(PP)、不易燃聚丙烯(FRPP)、聚氯乙烯等是耐腐塑料制作而成，濕法腐蝕設備內(nèi)含有大量的電路裝置，是潛在的引火源。如果在凈化間的空調(diào)和排風系統(tǒng)無法正常工作時，大量的熱和煙流動造成的危害將比火災產(chǎn)生的影響還大。

? 離子注入機(DIFF)

注人機設備是高電壓大電流設備，還有劇毒物質(zhì)，極易造成對人傷害、設備危害及火災。在人員方面，因設備接地不好或?qū)﹄娖髟O備不做上鎖／開鎖(Lock out／tag out)表示及過電流保護，造成人與高電壓接觸而產(chǎn)生觸電，輕則受傷，重則造成生命危險。劇毒性氣體使用不當，也是會造成人員傷亡。高壓放電會對精密的電氣裝置造成破壞。油式的高壓變壓器因其高電流破壞絕緣造成絕緣油(礦物油)燃燒，甚至造成絕緣油泄漏而燃燒的問題，為減少危險可把變壓器更換成千式的變壓器。

? Stepper(PHOTO)

光刻機使用了激光技術(shù)，一般用于對焦、對位、硅片傳送等精密控制系統(tǒng)。根據(jù)美國USHA 21CFR1040：10&1041．11FDA激光產(chǎn)品及NFPAEl36．1美國激光安全標準，這些激光可分為Classl，Class2，Class3a，Class3b及Class4，其中CLss4危害眼睛等級最高，因此就必須考慮對人員安全進行保護。另外像深紫外光等強光，也需要有防護裝置，在深亞微米微曝技術(shù)變革中使用了較高電壓CYMER激光，其激光等級是Class4及Class3b，還使用高毒性的氟氣體，為此我們必須高度重視。

? Track(PHOTO)

光刻膠、顯影液等化學試劑和純水的泄漏會對人員和設備造成危害。從TEL公司的統(tǒng)計數(shù)字來看，人為失誤占總災害間接原因最高，約2／3。在更換HMDS的過濾器時接地良好，避免飛濺的液體引起火災。

? Furnace(DIFF)

氧化爐管其風險來自氣體泄漏、火災爆炸、高電壓設施及地震。因其設備使用自燃性硅烷，不當操作閥門則會引起大量硅烷從排風管流出。另外因不當化學物質(zhì)混合，引起化學物質(zhì)在爐管內(nèi)爆炸。另因爐管的高度，因此在強烈地震時，若無良好的固定防止傾倒設計，在地震時，具有較高風險。

2．3 廠房設施、生產(chǎn)設備的危害預防

2．3．1濕法清洗／腐蝕槽保護

最佳使用通過FM4910材質(zhì)。對于使用溶劑及其它非FM4910材質(zhì)的槽，必須有消防系統(tǒng)保護。其消防設施必須是FM核準或UL列入記錄，且設計必須被保險公司認可。此技術(shù)商業(yè)化仍在發(fā)展中。另外對液位計，溫度計等內(nèi)鎖裝置(Interlock)設施，必須要有自動關閉設備電源功能。設備有二氧化碳系統(tǒng)或內(nèi)鎖系統(tǒng)，維修人員必須定期(至少年度)測試功能。電氣設備應用紅外線傳感器檢測，并比較找出問題所在。

2．3．2排風管保護

排風管應使用FM認證合格材質(zhì)或不燃性材質(zhì)。若排風管不是FM認證合格材質(zhì)，則必須安裝淋水頭在6”以上排風管上，而6”以下支管則應更換成合格的材質(zhì)。在排風管穿過防火墻時，穿過部分應有防火泥或其它防火阻隔，以保持防火區(qū)阻隔的完整性。

2．3．3廢液處理設施

如果用泵輸送廢液，則雙重管用于處理腐蝕性化學物質(zhì)。如果靠重力流動則不要。對于可燃性或易燃性液體，應使用金屬管路。廢液收集槽應有液位控制并傳送警報信號至應變中心，備有雙重圍堵設備及氣態(tài)消防防護設施及泄漏偵測設施可關閉設備，并將信號送至應變中心。

2．3．4空調(diào)系統(tǒng)

潔凈室進氣口應遠離煙或有毒氣體源頭。在進氣口應設置煙霧傳感器，除了警報外可關閉進氣口。進氣、空調(diào)機械及排風系統(tǒng)至少各應有一臺備用風扇?？照{(diào)系統(tǒng)應配有緊急電源，來維持潔凈空調(diào)在緊急情況下不中斷，使?jié)崈羰沂冀K保持正壓。

2．3．5電力設備

半導體廠務必要確認電力來源是清潔及穩(wěn)定的來源，工廠內(nèi)亦需備置緊急電源供應，對于電力設備要有維修及測試計劃。每一個廠的變電站應有兩條獨立且互不影響、來自廠務變電站的輸電線。

3 結(jié)束語

半導體制造的危害和預防控制可分為三個重要部分，一是凈化間本身，包括空調(diào)、消防、排風、排煙等；二是生產(chǎn)設備本身安全，包括廢氣／液處理，內(nèi)設消防設備，電氣安全；三為廠房能源設施，如電力供應、DI水供應、氣體、化學供應及空調(diào)供應等。對于合理的保護投資是必要的、重要的。此外，先進的管理系統(tǒng)及實際的應急預案，是更重要的安全保證。各級安全人員要認真負責，時刻警惕，盡可能避免災害的發(fā)生。

編輯：奧維沃金   轉(zhuǎn)自： specialty gas 特氣論壇