小规模6英寸晶圆厂特气系统的维护与质量控制

唐代飞+刘扬洪

摘 要：文章介绍了6英寸小规模科研生产线特气系统的系统组成，对日常特气系统的维护进行了分析与阐述，同时对特气系统的质量控制做了简要的分析。

关键词：特气系统；质量控制；管理与维护

引言

6英寸半导体生产线制程设备种类多，每类设备应用的工艺气体都不相同，一条6寸工艺线工艺气体大约有30多种，按照气体的种类可分为：大宗气体如氧气，氮气，氢气等；特殊气体如砷烷，硅烷，溴化氢等，由于大多数特殊气体都是有毒、易腐蚀性、易燃易爆等气体，加上气体的纯度也会影响工艺的品质，因此半导体生产线的特气系统显得特别重要，本文主要从特气系统的维护、气体质量控制两个方面做一些分析与探讨。

1 特气系统的基本构造与组成

高纯特气系统的供应方式一般有多种，如现场制气，用管道输送供气，槽车输送供气，外购气体钢瓶或钢瓶组输送供气等。具体采用哪种供气方式，主要考虑的因素是工厂的生产规模和用气要求。无论哪种方式都是要确保供气质量、运行管理方便，还要降低产品的生产成本，以便安全、可靠、高效地供应气体。目前在小规模6英寸晶圆厂应用最为广泛的是采用外购气体钢瓶输送供气，因为它具有投资较少，使用方式灵活的优点，但在气体输送的过程中气体比较容易受到污染，这就要求整个供应系统得到严格的管理和维护。

常见小型特气系统的结构与组成如下：

气瓶柜（GC）一般集中设置在主体厂房一楼的气体房内，在气体房中技术人员要进行钢瓶更换和日常的维护保养工作。对于毒性气体还要求设有专用的废气处理装置（Scrubber），以便安全处理各种作业过程中产生的有毒气体，以确保工作环境的安全。特种气体从气瓶柜流出先经过各种阀门以及压力调节器（Pressure Gegulator）等，由特殊气体输送管道（一般都是316L EP管）供应到位于厂房一楼（Sub-Fab）的多个阀门分配柜VMB（Valve Manifold Box）中。然后制程气体再由VMB的各个机台的位置，而对于工作台工作使用的部分尾气也还要进入现场尾气处理装置（Local Scrubber）进行处理。在特气输送系统中各个环节都需要进行气体泄漏检测与联动互锁，一旦发生气体泄漏，应自动切断输出阀门，打开应急排风系统，保证生产厂房的人员安全。

2 特气系统的维护

由于特气系统是一种具有高风险的供应系统，因此在生产线现场的维护需要专业、有经验的技术员完成。特气系统的维护主要包含气体柜维护和管路维护。

（1）特气柜又分为全自动特气柜与半自动特气柜，每种气柜的维护方法有一定的区别。全自动气柜维护自动化程度较高，并且安全可靠。在维护前关闭钢瓶阀门，设置换瓶吹扫，程序自动进行抽气，置换等动作，根据气体性质的不同，一般至少吹扫60次以上，负压保压30分钟以上，确保气柜各管路与阀门吹扫干净。

（2）管路的维护，由于不同的气体性质不一样，对管路维护的方法也不相同，对腐蚀性气体的管道需要多次用高纯氮气吹扫（N2purge），一般至少反复30次，对于有吸附性的液态源气体，由于管路容易堵塞，需要多次的反复的抽真空，抽完后关闭阀门，1小时后会出现压力表回表的现象，会造成管道泄漏的誤导，遇到此情况打开真空器发生器继续抽，直到没有吸附气体释放为止。

以上两种系统维护后都必须做正压与负压的保压测试，一般正压保压压力为使用压力的1.2倍，负压保压为-12PSI，保压时间至少120分钟以上，由于压力传感器（PT）受温度的影响，一般有2PSI的正负波动。

3 气体输送的质量控制

特气输送系统的质量控制关键点主要在于输送系统的密封性、管道材质、施工规范的控制，首先密封性的控制是保证气体纯度与输送安全的先决条件，管道材质决定了气体纯度中间过程的控制，施工规范保证了外来杂质与颗粒的混入与干扰。

为了保证特气系统质量的可靠性，目前业界通过五项测试进行验证与分析。五项测试是一项最基本特气系统质量控制手段，在半导体业界广泛使用。

（1）压力测试。压力包括正压测试与负压测试，正压一般是实际使用气体压力的1.2到1.5倍，测试时间最少24小时，考虑到温度对气体压力的影响，一般压力变化在2PSI之内。负压根据厂务实际提供的真空发生器产生的负压值决定，一般在-15到-20PSI左右。

（2）氦泄漏检查。利用氦气检漏仪进行管路检漏，漏率应该控制在1E10-9cc/sec以上，此方法可以进行内漏，外漏等一些非常微小的漏率进行检漏，灵敏度比正压保压高很多倍，此项是确保管路不发生微露。

（3）颗粒测试。主要是为了检测管道内部的一些微小杂质，一般标准应该是大于0.1um的颗粒数小于等于1颗/立方英尺。为了保证管道的洁净，除了使用高质量的管材、规范的施工外，对吹扫气体的纯度也有很大的要求，一般要求吹扫氮气纯度达到99.999%。

（4）水分分析。主要是测试管道内部的水分含量。测试指标为小于10ppbv，管道内部的水含量对气体的纯度，特别对于一些工艺制程有很大的影响，严格执行水分分析测试，是控制特气质量不可缺少得一项重要工作。

（5）氧分分析。氧分分析与水分分析比较类似，是对管道内部氧分子含量的测试，一般标准为小于10ppbv。

4 结束语

在半导体小型化工厂里，特气系统的管理与维护是一个薄弱环节，在特气纯度的质量控制上也没有引起足够的重视。特气系统里面的高纯气体，大多数具有极高的毒性，腐蚀性及易燃性气体，再加上无尘室的密闭作业环境及回风系统，所有这些因素都大大增加了半导体厂房的安全风险。不论从安全还是质量，管理或维护等方面，都要从思想上重视，行动上管控，把特气系统这个特殊的系统应用好，管理好，使其在科研生产线上保质保量、安全可靠的运行。

参考文献

[1]HwaiyuGeng，等.半导体集成电路制造手册[M].赵树武，陈松，等译.电子工业出版社，2006.

[2]牛丽红，于世林.国内高纯气体应用现状[J].低温与特气，2010（6）.