半導體廠務系統(tǒng)概述

半導體廠務工作吳世全國家奈米元件試驗室一、前言8“晶圓的量產(chǎn)規(guī)模，同時，也著12“晶圓的建廠與生產(chǎn)，預備迎接另一世代的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。於是各廠不斷地推促著制程技術不斷地往前邁進，從百萬位元動半導體廠務工作吳世全國家奈米元件試驗室一、前言8“晶圓的量產(chǎn)規(guī)模，同時，也著〔廢棄物〕處理的工作；尋常很難覺察其重要性，但狀況一出，即會令整廠雞飛狗跳，人仰說明其重要性并供作參考與了解。文章分為三部份：首先為廠務工作的種類，其次是廠務工作的將來方向，最後是本文的結語。二、廠務工作的種類目前在本試驗室所代表的半二、廠務工作的種類目前在本試驗室所代表的半導體制程的廠務工作，約可分為以下數(shù)項：1.一般氣體及特別氣體的供給及監(jiān)控。2.超純水之供給。??干凈室之溫度，濕度的維持。廢水及廢氣的處理系統(tǒng)。電力，照明及冷卻水的協(xié)作。干凈隔間，及相關系統(tǒng)的營繕支援工作。下述將就各項工作內(nèi)容予以概略性說明：1.一般氣體及特別氣體的供給及監(jiān)控[1]30GsaNOAr,H2 2 2氣體上，可略分為下述三大類：惰性氣體(InertGasHe,SF,COCFCFCHCHF6 2 4 26 48 3燃燒性氣體(FlammableGasSiH,SiHBHPHSiHClCHCH4 26 26 3 2 2 3 22COCl2,HCl,F2HBr,WF6NH3BF2BCl3SiF4,AsH3,ClF3,N2O,SiCl4,AsCl3SbCl5等。實際上，有些氣體是兼具燃燒及腐蝕性的。其中除實際上，有些氣體是兼具燃燒及腐蝕性的。其中除惰性氣體外，剩下的均歸類為毒性氣體。SiH,BH,PH4 263性氣體(Pyrophoricity)，即在很低的濃度下，一接觸大氣後，馬上會產(chǎn)生燃燒的現(xiàn)象。而這些僅是一般晶圓廠的氣源而已，假設是實其在供氣的流程上，N1.N22 2用液氣槽填充供給，3利用N的近廠產(chǎn)生器等三種。目前園區(qū)都采1式為主，但2建廠房的N用量增鉅，有傾向以近廠N產(chǎn)生器來更替；而本試驗室則以液槽2 2OH2 2，NOAr2 2吸附抓取〕式為主，HGetter，Pd2溫吸附式等三項選擇。至於危急特別氣體的供給氣源，大都置於具抽風裝置的氣瓶柜內(nèi)，且用23瓶裝方式以利用罄時切換；切換時，須以N2氣體來沖凈數(shù)十次以確定安全，柜ESO(EmergenceShutOffValve)閥，即緊急遮斷閥，做為泄漏時的遮斷之用。斷之用。如表一所示。為達此干凈度，除要求氣源的純度外，尚需考量配管的設計和施工。而施工的原則有下述八點：Free〔無塵?！矻eakFree〔無外漏〕SpaceFree〔無死角〕GasFree〔無逸氣〕AreaMinimum〔最小有效面積〕Free〔無腐蝕〕BehaviorFree〔無腐蝕〕BehaviorFree〔無觸化現(xiàn)象〕因此，管件的規(guī)格就必需愈來愈嚴謹，如表二所列。其BABrightAnnealTreatment，即輝光燒鈍退火處理，EPElectro-Polish，屬電極拋光之等級。另項的重要工作是在氣體監(jiān)控系統(tǒng)，主要的目的是做為操作時Value)為界定，表四乃部份毒性氣體的TLVValue)為界定，表四乃部份毒性氣體的TLV關於毒氣偵測的感測器原理，一般有以下六種：1.電化學式(Electro-chemical)半導體式(Semiconductor)化學試紙式(ChemicalPaperTape)火焰放射光譜式(Flame-emissionSpectrometry)傅力葉紅外線光譜式(Fourier-TransformInferredSpectrometry-FTIR)6.質(zhì)譜儀式(MassSpectrometry)6.質(zhì)譜儀式(MassSpectrometry)而常使用的感測為前三種。完整的毒氣監(jiān)控系統(tǒng)尚小時連續(xù)偵測警報系統(tǒng)自動播送系統(tǒng)分區(qū)的閃光燈警報系統(tǒng)6.各點讀值歷史記錄趨勢圖而當偵測到毒氣泄漏時，馬上警報於電腦螢6.各點讀值歷史記錄趨勢圖而當偵測到毒氣泄漏時，馬上警報於電腦螢幕，同時啟動自動播送系統(tǒng)及分區(qū)的閃光燈警報系統(tǒng)，此時相關區(qū)域全體人員應馬上撤出，現(xiàn)場人員馬上通知緊急應變小組做適當?shù)奶幚怼?.超純水之供給[2]純水水質(zhì)之要求隨積體電路之集積度增加而提高，其標準如表五所示。超純水之制程純水水質(zhì)之要求隨積體電路之集積度增加而提高，其標準如表五所示。超純水之制程多功能離子交換樹脂和裝置所使用之強鹼性離子交換樹脂除了可以去除離子以外，還具有吸著、去除微粒子的功能；而微粒子吸著的機制乃樹脂外表的正電吸引微粒子的負電，吸著力的大小，打算於樹脂外表線狀高分子之尾端狀態(tài)。臭氧－紫外線(UV)照耀型分解有機物設備原理乃利用UVOH)來氧化有機物。被氧化的有機物在形成有機酸後，變成了二氧化碳和水。技術中乃以臭氧代替過氧化氫，如此可提高有機物的氧化分解效率，連以往甚難去除的超微小粒子「膠體物質(zhì)」都可以去除。一塔二段式真空脫氣塔此乃去除水中溶存之氧氣，以降低氧分子在晶片外表自然氧化膜的形成。目前去除水中溶氧的方法及所面臨的問題：1.1.50μg/l1.一樣，且須使用大型機器，故不具經(jīng)濟性。氮氣脫氣法←使用大量氮氣，所以運轉(zhuǎn)費用較高。觸媒法←必需添加氫和聯(lián)氨，運轉(zhuǎn)費亦高。而此改進式設備乃就一塔一段式真空脫氣法轉(zhuǎn)變?yōu)槎喽问降某闅?，并加裝冷凝器，俾以縮小塔徑和真空幫浦的尺寸。如此，建設費削減1/3，2/3，并使溶氧10mg/l10μg/l高速通水式非再生純水器就總有機體碳(TOC10μg/l的問題；而一般的離子交換樹脂會溶出微量的有機物，所以在副系統(tǒng)的非再生型樹脂塔TOC且降低本錢。假設以微粒子的動始終描繪各相關組件的去除效率，可如圖二看出。其組件有凝集水過濾塔，混床塔，RO〔逆滲透膜〕，CP〔套筒式純水器，非再生型離子交換樹脂塔〕。而從圖二得知，混床塔之後的微粒子是由其後端的組件中溶出。至於去除TOCTOC-UV其效率如圖三所示。3.中心化學品的供給[3]目前的化學品供給已由早期的人工倒入方式改為自動供酸系統(tǒng)，其系統(tǒng)可分為四大單元：化學品來源(ChemicalSource)。充填單元(ChargeUnit)、稀釋／混合單元(Dilution/MixingUnit)，儲存槽(BufferTank)及供給單元(Supplyunit)。來源方式有桶裝(Drum)，糟車(Lorry)，及混合方式(MixingSource)。充填單元／供給單元二者為供給系統(tǒng)的動力部份，而將化學品經(jīng)管路輸送到指定(Pump(VacuumSuction)及高壓輸送(PressureDelivery)濾網(wǎng)風扇(HEPAFan)－保持正壓避開外界灰塵粒子進入；排氣(Exhaust)－排解溢漏化學品及本身的氣味於室外。稀釋／混合單方面，乃指一般化學品或研磨液加純水的稀釋，及研磨液與化學品，或此二者與純水的混合而言。管路設計方面需留意事項有：(ValveBox)，可輕易去除。不同高層的管路排列：上下排列之管材最好能同一屬性，如同為不銹鋼或鐵弗龍，或透亮塑膠管(CPVC)。否則安排的挨次為鐵弗龍在上，往下為CPVC，最後不銹鋼管。研磨液管路設計：因其與空氣接觸時易乾涸結晶而堵塞管路，故須留意管路尺寸及避開死角。接點測漏裝置，以便隨時偵測管路泄漏與否。避開過多的管路接點。4.干凈室之濕度，溫度的維持[4]事實上，一座半導體晶圓廠之干凈室的組成須含括多項子系統(tǒng)方能滿足表六所列的標準：與干凈室特別搭配的建筑構造－以利干凈空氣的流暢，防震及足夠的支撐構造，和寬闊的搬運動線。保持干凈室的清潔度－配備空氣循環(huán)的驅(qū)動風扇，透氣的地板及天花板，且地板高架化以利回風及配管，天花板則安裝過濾網(wǎng)與銜吊架。恒溫恒濕之掌握－除配置外氣空調(diào)箱外(Make-upAirunit)，室內(nèi)仍需有不滴水的二次空調(diào)盤管來做溫度微控，另加裝準確的自動感溫掌握系統(tǒng)，即可達成此恒溫，恒濕之掌握。考量靜電、噪音及磁場等防護的工程電力系統(tǒng)裝配。不發(fā)塵及不堆塵的室內(nèi)設計，即以專用epoxy另含蓋了內(nèi)部隔間，人員洗塵室(AirShower)、物料傳遞窗(PassWindow)等設施。在這些子系統(tǒng)中，對恒溫，恒濕之掌握最為重要的，及直接的是空調(diào)箱和二次空調(diào)盤；而空調(diào)箱之效率乃取決於設備容量與其數(shù)量，這項的打算又與制程機臺排氣量息息相關，因此必需一并考慮，通常Make-upAir生產(chǎn)機臺排氣量。維持室內(nèi)正壓的空間量，此約為整個干凈空間換氣量的15容量裕度。另外尚需考慮循環(huán)過濾的風量，包括換氣的次數(shù)，過濾網(wǎng)的效率等級與總循環(huán)的壓降等因素。至於二次盤(drycoil)的型式考量有：熱交換式或混合式兩種供選擇。費用上，以熱交換式較高，且占空間，但有較準及穩(wěn)的溫控效果。黃光區(qū)的溫濕特別嚴格，需選用不同型態(tài)之二次盤。最後上述之系統(tǒng)均全年無休運轉(zhuǎn)，故需要有備用機臺的安排。5.廢水及廢氣的處理系統(tǒng)[5]由於制程技術不斷演進，使得相關供給系統(tǒng)等級及品質(zhì)日趨周密且簡單，如毒性氣體，化學藥品或純水系統(tǒng)等，而此物質(zhì)的排放卻造成環(huán)境惡化的來源之一；因此，如何處理此類高純度且大量的毒性物質(zhì)之排放，將是廠務廢水，廢氣處理的重要工作與任務。首先是廢水處理系統(tǒng)半導體廠廢水之來源，可略分為制程廢水，純水系統(tǒng)之廢水，廢氣洗滌中和液廢水等三種，如表七所列。各排放水可分為直接排放及回收處理方式。制程廢水：直接排放－HFHF管線排至廢水廠?；厥仗幚恚袡C系列(Solvent,IPA),HSO,DIR70DIR90%等，經(jīng)排放收集委外處24理或直接再利用。純水系統(tǒng)之廢水：直接排放－純水系統(tǒng)再生時之洗滌藥劑混合水〔含鹽酸再生／洗滌液及鹼洗滌液〕回收處理－系統(tǒng)濃縮液〔逆滲透膜組，超限外濾膜組〕或是鹼性再生廢液。廢氣洗滌廢水直接排放－洗滌制程所排放的廢氣之水，均直接排放至處理廠。至於其處理的程序及步驟，可由圖四說明之。下文為其各項之說明：濃廢液：此廢液至處理系統(tǒng)後，添加NaOHpH8～10CaCl，Ca(OH)與HF2 2反響向生成CaF污泥，即2HF+CaCl+Ca(OH)←CaF+HCl+HO的反響式。藉此去除氟離子之濃度量，而CaF2 2 2 2 2污泥產(chǎn)物與晶圓研磨廢液混合，且添加Polymer〔高分子〕增進其沈降性，以利CaF2HCl氣洗滌後排放，污泥濾液則注入調(diào)整池。一般廢水：HF池混合均勻，稀釋後泵入調(diào)整池中，添加NaOH，HSO等酸鹼中和劑，將之調(diào)整為～24pH回收處理單元：有機廢液回收－將IPA濃縮液回收再利用－純水系統(tǒng)設備產(chǎn)生之濃縮液，除供給原系統(tǒng)反洗，再生用外，更可補充大量飛散之冷卻用水，如此不但降低排水量，亦可節(jié)約用水量。純水供給系統(tǒng)回收水－目前純水供給系統(tǒng)可直接回收70%至純水制造系統(tǒng)，另將制程之洗滌水回收以供冷卻系統(tǒng)及衛(wèi)生用水，此部份占20%，因此，純水供給系統(tǒng)回收水已90%。鹼性再生廢液－純水系統(tǒng)鹼性再生廢液收集應用於廢水處理系統(tǒng)之pH此可削減化學藥劑之使用量。廢氣處理系統(tǒng)廢氣產(chǎn)生的設備約有離子布值機，化學清洗站，蝕刻機，爐管，濺鍍機，有機溶劑與氣先行處理後，在經(jīng)由全廠之中心廢氣處理系統(tǒng)做三次處理後，再排入大氣中，以到達凈化氣體之功能，其架構示意如圖五說明。晶圓廠的廢氣常含有酸，鹼性或腐蝕性，故處理系統(tǒng)的管材就必需能耐酸、鹼性或腐蝕性，故處理系統(tǒng)的管材就必需能耐酸、鹼性，抗蝕性，甚至耐高溫及防水性等，故表八乃將常用材質(zhì)及使用種類整理歸納。而其廢氣處理種類及方式如下：一般性廢氣，其來源為氧化集中爐的熱氣，烤箱及乾式幫浦的排氣，此廢氣可直接排放至大氣。酸、鹼性之廢氣，來源為化學清洗站，具刺激性及有害人體。故一般以濕式洗滌塔做水洗處理後再排入大氣。洗滌塔利用床體或潮濕的外表可去除微米以上的粒子。其氣體與液體的接觸方式有穿插〔垂直穿插〕流式、同向流式及逆向流式三種，而水流的設計上，有噴嘴式，噴霧式，頸式及拉西環(huán)式等四種。有機溶劑廢氣通常使用吸附式處理，其常用之吸附劑為活性碳，飽和後可以更換或以再生方式處理。含毒氣性廢氣，其來源為化學氣相沈積，乾蝕刻機，集中，離子布值機及磊晶等制程時所產(chǎn)生。在經(jīng)機臺本身的局部洗滌機的處理後，其後段的處理方法有吸附法，直接燃燒法及化學反響法等數(shù)種。尤其是薄膜成長和磊晶制程時SiH氣體，須特別留意，因4其為一俱爆炸及可燃性的氣體。所以單獨配管且先經(jīng)一密閉結實的燃燒室(BurningBox)，內(nèi)通空氣稀釋SiH至可燃之濃度，令它先行燃燒後再經(jīng)濕式洗滌塔處理後排出4室外。其反響方式為：SiH+2O←SiO〔粉末〕+2HO4 2 2 2SiO粉末須定期清洗，以免污染及堵塞管路系統(tǒng)。另可承受KOH2液系統(tǒng)，利用二者反響去除SiH，反響式如下：4SiH+2KOH+HO←KSiO+4H4 2 2 3 再經(jīng)濕式洗滌塔處理後排出。其他一些常用的毒性氣體，如AsH,PH,BH亦可以此3 3 26類化學反響處理。電力，照明及冷卻水的協(xié)作此三項系統(tǒng)在生產(chǎn)流程上的協(xié)作，一般都不簡潔覺察，但一有狀況，往往都有馬上且嚴峻的影響；因他們似乎很少發(fā)生問題，就如同空氣一般的普遍。不過由於資源的缺乏，常會有臨時限電，限水的大事發(fā)生，所以在電力供給系統(tǒng)方面，都會設置不斷電系統(tǒng)及緊急電源以備不時之需。同時為了消退漏電的狀況，通常會設計安置一共同的接地電都需保持光明及舒適，否則簡潔影響工作的心情及效率。另在冷卻水的供給上，亦必需同時其水質(zhì)的純度，導電度以及防銹的預防亦須留意，尤其在配備高周波電磁場的機臺冷卻上，更為重要。這些設備如射頻濺鍍機，電子盤旋共振蒸鍍或蝕刻設備，和電漿強化化學蒸鍍或蝕刻機等。當冷卻水的導電鍍增加時，即會造成漏電的效應而影響機合的操作參數(shù)；假設防銹不良會造成管路生銹，堵塞等現(xiàn)象，以致影響冷卻的效果，造成設備的損傷。干凈室隔間，及相關機房，系統(tǒng)的營繕支援工作干凈室的空間規(guī)劃，一般在建廠之初統(tǒng)一設計完善；但由於技術層次不斷地提升，因此機臺設備，生產(chǎn)流程必需隨時跟上半導體技術世代的演進。於是設備進出干凈室的大事亦常有之，此時，就必需安排隔間工程，電力，氣體供給，甚或排氣，排水等架設；構造，特性，有相當程度的生疏方可勝任。監(jiān)控、輔佐事故應變的機開工作24系統(tǒng)，包括空調(diào)的溫濕度，氣體或化學品的供給，廢水及廢氣的處理；…等等，如此方能確保廠區(qū)的安全與正常的運作。事實上，試驗室可能消滅一些緊急或危急的事故，例如：毒氣外泄，火警，停電…等等，此時必需要有緊急應變的處理人員予以處理，且通知人員做適當?shù)膽兓蚴枭?，俾能降低損失。至於這些人員的選擇及訓練都必需事前做好規(guī)劃，而且必需常常供給適當?shù)挠柧毤把萘?，方能?/p>