开放式半导体微纳加工实验室危化品管理体系的规范化建设

王 英，程秀兰，吴炜文，付学成，韩永来，沈赟靓，张明军

（上海交通大学 先进电子材料与器件校级平台，上海 200240）

微纳加工技术是现代半导体产业的基石，许多国际知名大学和相关研究机构均建立了微米、纳米加工工艺支撑平台或实验室。特别是在美国，排名前50的大学几乎均有自己的微纳加工实验室，这些实验室不仅对外开放，而且承担高端技术的开发及人才培养的功能[1-2]。在“十二五”期间，根据微纳相关学科及科研的需要，国内众多科研单位及高校均加强了在微纳加工领域的建设与研究工作。随着半导体微纳加工实验室的建设与发展，如何科学、安全地管理这类实验室已成为越来越紧迫的课题[3-4]。

开放式半导体微纳加工实验室工艺过程具有工艺种类多、工艺流程复杂、工艺关联性强等特点；其涉及的材料种类多样，危化品、特种气体用量大，废弃物处理复杂，因此这类实验室危化品管理的复杂性明显高于普通实验室[5]。此外，与普通实验室要求不同，由于半导体微纳加工实验室对温度、湿度、洁净度等具有严格的要求，因此这类实验室均为相对封闭的净化室，这对应对突发危险、应急处置及逃生等提出了更高的要求[6-7]。此外，开放式半导体微纳加工实验室除了具有上述特点外，相比于其他实验室还具有用户专业背景复杂、人员数量多及参与度高的特点，这就要求实验室管理，特别是危化品的管理必须严格规范。因此，加强实验室安全管理和规范化建设，保障实验室安全高效运行是摆在这类实验室管理面前最重要的课题，也是推动微电子技术发展的重要保障[8-10]。

1 半导体微纳加工实验室危化品分类

半导体微纳加工实验室工艺涉及清洗、光刻、刻蚀、薄膜、扩散、后道等多道工艺。这些工艺过程不仅涉及设备操作过程中的电气安全问题，同时也涉及各类化学品的使用、处理等问题。

1.1 常用化学试剂

开放式半导体微纳加工实验室日常使用化学品可以分为常用试剂和常用气体两大类。常用试剂主要用于湿法清洗、湿法刻蚀、光刻及显影等工艺过程中，涉及具有强酸碱性、强腐蚀性、易燃、高毒性等多种化学试剂，半导体工艺过程中部分常用试剂见图1。如果对这些常用化学试剂不能进行规范化的管理，将给实验室带来一定的安全隐患。

图1 微纳加工实验室部分常用化学试剂

1.2 常用气体

开放式微纳加工实验室在常用气体方面主要包括大宗气体及特种气体。大宗气体大部分无色无味，相对毒性较低，但仍有潜在的危险，往往具有一定的窒息性质，常用气体如：压缩空气、N2、Ar、O2、He、H2等。特种气体一般用于薄膜沉积、掺杂、外延、离子注入、刻蚀等工艺，一般可分为腐蚀性、剧毒性、易燃易爆、惰性等几类，CF4、CHF3、C2F6、C4F8、SF6等气体因为在一般条件下与其他物质不发生反应，可以归为常用的惰性气体。常用腐蚀性、剧毒性、易燃易爆气体见图2。

图2 微纳加工实验室常用腐蚀性、剧毒性、易燃易爆气体

1.3 废弃物分类

开放式微纳加工实验室每天产生大量的化学废液[11]及固体废弃物（如硅片、带有污染物的废弃物等），这些废弃物的处理关系到实验室运行的安全。因此，在分类、存放、回收等方面须进行严格管理。微 纳加工实验室常规废弃物可以分为液体类和固体类（见表1），其中包括有机废液、无机废液、含氟废液、清洗废液、利器废弃物、空试剂瓶、有毒废弃物、普通废弃物等。根据分类的不同，其存放及回收的方式也不同。因此在实验室运行过程中须确保各类废弃物按规范进行回收并处理。

表1 微纳加工实验室常规废弃物分类

2 危化品管理体系的规范化探索

危化品一直是实验室安全管理的重点。根据我校的实践经验，主要从以下几方面对开放式微纳加工实验室进行规范化管理与探索。

2.1 提高安全意识，加强安全宣传与培训力度

安全意识是安全保障的前提，因此需要首先提高实验室工作人员和用户的安全意识[12]。为此，需要定期开展安全宣传活动，包括消防安全宣传、化学品安全宣传、废弃物分类管理宣传、实验室安全操作宣传、实验室特殊气体知识宣传等。通过各种安全宣传强化师生的安全意识，同时建立安全宣传档案，形成规范。此外，需要对实验室工作人员以及用户定期组织安全培训。特别是针对新进实验室人员，建立安全培训考核制度，并存档，对不通过的人员禁止进入实验室，从而提高实验室运行的安全性。

2.2 排查隐患，加强特种气体及危化品管理

特种气体及危化品是半导体微纳加工实验室两大主要的危险源，必须加强对这两大危险源的安全管理。

（1）特种气体安全管理。针对特种气体泄漏危害大，不易察觉的特点，对使用特种气体的设备及实验室空间加强气体泄漏检测管理，所涉及的空间须安装气体侦测系统，对易燃易爆气体重点排查，对特气泄漏检测探头进行全面检查并建立档案。同时要做好警示标牌，做好安全警示预案，提前预警；定期进行安全评估，对存在安全隐患的危险源必须及时处理。对钢瓶等压力容器及特种设备须定期检验，严格检查工作人员上岗证，及时更新。建立定期检查巡视制度，建立特种气体泄漏、吸入等问题紧急处理预案，保障实验室安全运行。

（2）危化品管理。针对实验室化学试剂种类多，易燃试剂及强酸、强腐蚀试剂使用量大的特点，对实验室进行全面梳理并定期进行点检，建立档案，定期巡查。对易燃、易爆、高毒性及高危害性化学试剂进行专人管理，建立档案。针对危险性大，用量多的化学试剂进行重点管理，加强安全防护，建立严格的操作规程和使用规范，并在醒目位置放置警示标识。同时，针对化学品泄漏、倾洒、飞溅、吸入、接触等问题建立紧急处理预案。

针对不同的特种气体及危化品配备不同的消防灭火设备，并定期检查及演练。同时，针对实验室内各类安全防护设施定期进行检查，及时进行维护、更新和更换，严格控制使用次数、时间和期限，严禁超时、超期、超负荷使用。

2.3 加强废弃物管理，保障废弃物回收安全

在实验室安全管理过程中，必须对实验室废弃物进行细化分类管理并加强宣传，保障废弃物回收安全。

（1）加强化学试剂废液处理管理。根据废液成分复杂、危险性大的问题，对实验室废液种类进行详细排查，细化废液种类，划分固定区域进行分类存放，每天巡视，建立废液管理及巡视档案，保障废液存放安全及回收安全。实验室常用化学试剂废液分类见表2。

（2）加强实验室其他废弃物的管理。以固体废弃物为例，实验室中吸酸棉因为粘有化学试剂而与普通固体废弃物不同。因此，对于固体废弃物要区分普通固体废弃物、有毒有害固体废弃物及利器废弃物等，不同类型的固体废弃物如果混放会产生安全隐患，因此对这类废弃物须进行细化分类管理，划分区域，并根据废弃物特点使用不同的容器分类存放和回收，保障工艺实验过程中人员的安全。

表2 实验室常用化学试剂废液分类表

2.4 合理分区，完善设施配备，加强规范管理

（1）根据各类危险源的特点和实验室的实际情况，对实验室进行合理设计与功能划分；对各类危险源根据特性进行分类分区域存放和管理，最大限度减小安全风险。同时，规范危化品的使用、回收及处理流程，并对其进行详细的登记，做到有迹可循、有据可查。

（2）针对化学试剂操作、特种气体操作、消防应急安全操作，配备了专业的防护用品，包括防护眼镜、工作服、急救药箱、防毒面具、防护服等，并对安全防护用品做到定点存放、定期检查、及时更新和更换。

2.5 建立安全责任管理体系，做到责任到人

对存有化学品及特殊气体的区域进行严格划分和管理，建立从“使用人—工艺责任人—区域责任人—区域巡检人”从点到面的安全管理体系，做到分区明确、无死角、责任到人。安全责任管理体系对实验室使用人、工艺责任人、区域责任人等明确了各自的安全职责。区域检查人根据安全条款定期、不定期巡查，确保实验室安全规定落实到具体责任人，以保障实验室安全运行。

3 结语

随着开放式微纳加工实验室的建设与发展，微纳加工实验室的安全运行和安全管理已成为实验室高效运行的关键。危化品由于其危害大、危险性高成为这类实验室的主要安全隐患，因此合理规范地进行化学品管理是这类实验室安全工作的重中之重。我校在实验室建设和管理过程中不断总结经验，根据开放式微纳加工实验室的特点，借鉴国内外先进的管理经验，同时结合自身的发展需求，把安全放在首位，不断探索开放式微纳加工实验室危化品规范化管理体系的建设，以期为高校及科研院所同类实验室危化品管理提供参考。