半導(dǎo)體廠務(wù)系統(tǒng)概述

半導(dǎo)體廠務(wù)工作吳世全國(guó)家奈米元件試驗(yàn)室一、前言8“晶圓的量產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)，也著12“晶圓的建廠與生產(chǎn)，預(yù)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(shù)不斷地往前邁進(jìn)，從百萬(wàn)位元?jiǎng)影雽?dǎo)體廠務(wù)工作吳世全國(guó)家奈米元件試驗(yàn)室一、前言8“晶圓的量產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)，也著〔廢棄物〕處理的工作；尋常很難覺(jué)察其重要性，但狀況一出，即會(huì)令整廠雞飛狗跳，人仰說(shuō)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(wù)工作的種類(lèi)，其次是廠務(wù)工作的將來(lái)方向，最後是本文的結(jié)語(yǔ)。二、廠務(wù)工作的種類(lèi)目前在本試驗(yàn)室所代表的半二、廠務(wù)工作的種類(lèi)目前在本試驗(yàn)室所代表的半導(dǎo)體制程的廠務(wù)工作，約可分為以下數(shù)項(xiàng)：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(guān)系統(tǒng)的營(yíng)繕支援工作。下述將就各項(xiàng)工作內(nèi)容予以概略性說(shuō)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(lèi)：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(shí)際上，有些氣體是兼具燃燒及腐蝕性的。其中除實(shí)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(lèi)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(huì)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(shè)是實(shí)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(lái)更替；而本試驗(yàn)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(xiàng)選擇。至於危急特別氣體的供給氣源，大都置於具抽風(fēng)裝置的氣瓶柜內(nèi)，且用23瓶裝方式以利用罄時(shí)切換；切換時(shí)，須以N2氣體來(lái)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(shí)的遮斷之用。斷之用。如表一所示。為達(dá)此干凈度，除要求氣源的純度外，尚需考量配管的設(shè)計(jì)和施工。而施工的原則有下述八點(diǎn)：Free〔無(wú)塵粒〕LeakFree〔無(wú)外漏〕SpaceFree〔無(wú)死角〕GasFree〔無(wú)逸氣〕AreaMinimum〔最小有效面積〕Free〔無(wú)腐蝕〕BehaviorFree〔無(wú)腐蝕〕BehaviorFree〔無(wú)觸化現(xiàn)象〕因此，管件的規(guī)格就必需愈來(lái)愈嚴(yán)謹(jǐn)，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(jí)。另項(xiàng)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(shí)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(guān)於毒氣偵測(cè)的感測(cè)器原理，一般有以下六種：1.電化學(xué)式(Electro-chemical)半導(dǎo)體式(Semiconductor)化學(xué)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(cè)為前三種。完整的毒氣監(jiān)控系統(tǒng)尚小時(shí)連續(xù)偵測(cè)警報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)播送系統(tǒng)分區(qū)的閃光燈警報(bào)系統(tǒng)6.各點(diǎn)讀值歷史記錄趨勢(shì)圖而當(dāng)偵測(cè)到毒氣泄漏時(shí)，馬上警報(bào)於電腦螢6.各點(diǎn)讀值歷史記錄趨勢(shì)圖而當(dāng)偵測(cè)到毒氣泄漏時(shí)，馬上警報(bào)於電腦螢?zāi)?，同時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)播送系統(tǒng)及分區(qū)的閃光燈警報(bào)系統(tǒng)，此時(shí)相關(guān)區(qū)域全體人員應(yīng)馬上撤出，現(xiàn)場(chǎng)人員馬上通知緊急應(yīng)變小組做適當(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)如表五所示。超純水之制程多功能離子交換樹(shù)脂和裝置所使用之強(qiáng)鹼性離子交換樹(shù)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(jī)制乃樹(shù)脂外表的正電吸引微粒子的負(fù)電，吸著力的大小，打算於樹(shù)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(jī)物設(shè)備原理乃利用UVOH)來(lái)氧化有機(jī)物。被氧化的有機(jī)物在形成有機(jī)酸後，變成了二氧化碳和水。技術(shù)中乃以臭氧代替過(guò)氧化氫，如此可提高有機(jī)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(wèn)題：1.1.50μg/l1.一樣，且須使用大型機(jī)器，故不具經(jīng)濟(jì)性。氮?dú)饷摎夥ā褂么罅康獨(dú)?，所以運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。觸媒法←必需添加氫和聯(lián)氨，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)亦高。而此改進(jìn)式設(shè)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(shè)費(fèi)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(jī)體碳(TOC10μg/l的問(wèn)題；而一般的離子交換樹(shù)脂會(huì)溶出微量的有機(jī)物，所以在副系統(tǒng)的非再生型樹(shù)脂塔TOC且降低本錢(qián)。假設(shè)以微粒子的動(dòng)始終描繪各相關(guān)組件的去除效率，可如圖二看出。其組件有凝集水過(guò)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(shù)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(xué)品的供給[3]目前的化學(xué)品供給已由早期的人工倒入方式改為自動(dòng)供酸系統(tǒng)，其系統(tǒng)可分為四大單元：化學(xué)品來(lái)源(ChemicalSource)。充填單元(ChargeUnit)、稀釋?zhuān)旌蠁卧?Dilution/MixingUnit)，儲(chǔ)存槽(BufferTank)及供給單元(Supplyunit)。來(lái)源方式有桶裝(Drum)，糟車(chē)(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(dòng)力部份，而將化學(xué)品經(jīng)管路輸送到指定(Pump(VacuumSuction)及高壓輸送(PressureDelivery)濾網(wǎng)風(fēng)扇(HEPAFan)－保持正壓避開(kāi)外界灰塵粒子進(jìn)入；排氣(Exhaust)－排解溢漏化學(xué)品及本身的氣味於室外。稀釋?zhuān)旌蠁畏矫?，乃指一般化學(xué)品或研磨液加純水的稀釋?zhuān)把心ヒ号c化學(xué)品，或此二者與純水的混合而言。管路設(shè)計(jì)方面需留意事項(xiàng)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?jiān)谏?，往下為CPVC，最後不銹鋼管。研磨液管路設(shè)計(jì)：因其與空氣接觸時(shí)易乾涸結(jié)晶而堵塞管路，故須留意管路尺寸及避開(kāi)死角。接點(diǎn)測(cè)漏裝置，以便隨時(shí)偵測(cè)管路泄漏與否。避開(kāi)過(guò)多的管路接點(diǎn)。4.干凈室之濕度，溫度的維持[4]事實(shí)上，一座半導(dǎo)體晶圓廠之干凈室的組成須含括多項(xiàng)子系統(tǒng)方能滿足表六所列的標(biāo)準(zhǔn)：與干凈室特別搭配的建筑構(gòu)造－以利干凈空氣的流暢，防震及足夠的支撐構(gòu)造，和寬闊的搬運(yùn)動(dòng)線。保持干凈室的清潔度－配備空氣循環(huán)的驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，透氣的地板及天花板，且地板高架化以利回風(fēng)及配管，天花板則安裝過(guò)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(pán)管來(lái)做溫度微控，另加裝準(zhǔn)確的自動(dòng)感溫掌握系統(tǒng)，即可達(dá)成此恒溫，恒濕之掌握?？剂快o電、噪音及磁場(chǎng)等防護(hù)的工程電力系統(tǒng)裝配。不發(fā)塵及不堆塵的室內(nèi)設(shè)計(jì)，即以專(zhuān)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(shè)施。在這些子系統(tǒng)中，對(duì)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(pán)；而空調(diào)箱之效率乃取決於設(shè)備容量與其數(shù)量，這項(xiàng)的打算又與制程機(jī)臺(tái)排氣量息息相關(guān)，因此必需一并考慮，通常Make-upAir生產(chǎn)機(jī)臺(tái)排氣量。維持室內(nèi)正壓的空間量，此約為整個(gè)干凈空間換氣量的15容量裕度。另外尚需考慮循環(huán)過(guò)濾的風(fēng)量，包括換氣的次數(shù)，過(guò)濾網(wǎng)的效率等級(jí)與總循環(huán)的壓降等因素。至於二次盤(pán)(drycoil)的型式考量有：熱交換式或混合式兩種供選擇。費(fèi)用上，以熱交換式較高，且占空間，但有較準(zhǔn)及穩(wěn)的溫控效果。黃光區(qū)的溫濕特別嚴(yán)格，需選用不同型態(tài)之二次盤(pán)。最後上述之系統(tǒng)均全年無(wú)休運(yùn)轉(zhuǎn)，故需要有備用機(jī)臺(tái)的安排。5.廢水及廢氣的處理系統(tǒng)[5]由於制程技術(shù)不斷演進(jìn)，使得相關(guān)供給系統(tǒng)等級(jí)及品質(zhì)日趨周密且簡(jiǎn)單，如毒性氣體，化學(xué)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(lái)源之一；因此，如何處理此類(lèi)高純度且大量的毒性物質(zhì)之排放，將是廠務(wù)廢水，廢氣處理的重要工作與任務(wù)。首先是廢水處理系統(tǒng)半導(dǎo)體廠廢水之來(lái)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。回收處理－有機(jī)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(shí)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(shuō)明之。下文為其各項(xiàng)之說(shuō)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(jìn)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(jī)廢液回收－將IPA濃縮液回收再利用－純水系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生之濃縮液，除供給原系統(tǒng)反洗，再生用外，更可補(bǔ)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(yīng)用於廢水處理系統(tǒng)之pH此可削減化學(xué)藥劑之使用量。廢氣處理系統(tǒng)廢氣產(chǎn)生的設(shè)備約有離子布值機(jī)，化學(xué)清洗站，蝕刻機(jī)，爐管，濺鍍機(jī)，有機(jī)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(dá)凈化氣體之功能，其架構(gòu)示意如圖五說(shuō)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(lèi)整理歸納。而其廢氣處理種類(lèi)及方式如下：一般性廢氣，其來(lái)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(lái)源為化學(xué)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(shè)計(jì)上，有噴嘴式，噴霧式，頸式及拉西環(huán)式等四種。有機(jī)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(lái)源為化學(xué)氣相沈積，乾蝕刻機(jī)，集中，離子布值機(jī)及磊晶等制程時(shí)所產(chǎn)生。在經(jīng)機(jī)臺(tái)本身的局部洗滌機(jī)的處理後，其後段的處理方法有吸附法，直接燃燒法及化學(xué)反響法等數(shù)種。尤其是薄膜成長(zhǎng)和磊晶制程時(shí)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(dú)配管且先經(jīng)一密閉結(jié)實(shí)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(lèi)化學(xué)反響處理。電力，照明及冷卻水的協(xié)作此三項(xiàng)系統(tǒng)在生產(chǎn)流程上的協(xié)作，一般都不簡(jiǎn)潔覺(jué)察，但一有狀況，往往都有馬上且嚴(yán)峻的影響；因他們似乎很少發(fā)生問(wèn)題，就如同空氣一般的普遍。不過(guò)由於資源的缺乏，常會(huì)有臨時(shí)限電，限水的大事發(fā)生，所以在電力供給系統(tǒng)方面，都會(huì)設(shè)置不斷電系統(tǒng)及緊急電源以備不時(shí)之需。同時(shí)為了消退漏電的狀況，通常會(huì)設(shè)計(jì)安置一共同的接地電都需保持光明及舒適，否則簡(jiǎn)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(shí)其水質(zhì)的純度，導(dǎo)電度以及防銹的預(yù)防亦須留意，尤其在配備高周波電磁場(chǎng)的機(jī)臺(tái)冷卻上，更為重要。這些設(shè)備如射頻濺鍍機(jī)，電子盤(pán)旋共振蒸鍍或蝕刻設(shè)備，和電漿強(qiáng)化化學(xué)蒸鍍或蝕刻機(jī)等。當(dāng)冷卻水的導(dǎo)電鍍?cè)黾訒r(shí)，即會(huì)造成漏電的效應(yīng)而影響機(jī)合的操作參數(shù)；假設(shè)防銹不良會(huì)造成管路生銹，堵塞等現(xiàn)象，以致影響冷卻的效果，造成設(shè)備的損傷。干凈室隔間，及相關(guān)機(jī)房，系統(tǒng)的營(yíng)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(shè)計(jì)完善；但由於技術(shù)層次不斷地提升，因此機(jī)臺(tái)設(shè)備，生產(chǎn)流程必需隨時(shí)跟上半導(dǎo)體技術(shù)世代的演進(jìn)。於是設(shè)備進(jìn)出干凈室的大事亦常有之，此時(shí)，就必需安排隔間工程，電力，氣體供給，甚或排氣，排水等架設(shè)；構(gòu)造，特性，有相當(dāng)程度的生疏方可勝任。監(jiān)控、輔佐事故應(yīng)變的機(jī)開(kāi)工作24系統(tǒng)，包括空調(diào)的溫濕度，氣體或化學(xué)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(yùn)作。事實(shí)上，試驗(yàn)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(shí)必需要有緊急應(yīng)變的處理人員予以處理，且通知人員做適當(dāng)?shù)膽?yīng)變或疏散，俾能降低損失。至於這些人員的選擇及訓(xùn)練都必需事前做好規(guī)劃，而且必需常常供給適當(dāng)?shù)挠?xùn)練及演習(xí)，方能在