吳語

合肥長鑫集成電路有限責任公司，中國·安徽 合肥 230031

大型12 英寸晶圓廠的建設，為中國社會各領域提供了豐富的晶圓產品，滿足了半導體芯片的制作需求。尤其是隨著中國科學技術水平的提升，傳統(tǒng)小規(guī)模6 英寸晶圓廠體現出一定的局限性，只有加快大型12 英寸晶圓廠的建設，才能逐步擴大生產規(guī)模，促進生產效率與質量的提升。特氣系統(tǒng)是晶圓廠中的重要組成部分，確保其安全、穩(wěn)定運行，對于生產工作而言具有重要意義。因此，應該在工作中加強維護管理與運行質量控制。論文通過分析大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的構成，探索大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的維護與質量控制措施。

大型12 英寸晶圓廠；特氣系統(tǒng)；維護；質量控制

1 引言

現階段，集成電路產業(yè)蓬勃發(fā)展，中國紛紛開建集成電路項目，其中又以12 英寸大型晶圓廠的建設數量增長最快。近4年，中國已有10 條12 英寸新產線項目投產，總投資3200 億元；同時在建的12 英寸集成電路項目多達14 條，總投資5100 億元；另有23 條規(guī)劃待建，規(guī)劃投資約5000 億元。

12 英寸晶圓廠是目前較為先進的集成電路產線，相對于6 寸或者8 寸產線，絕大多數的芯片代工廠會把最先進的制程研發(fā)和生產工藝放在12 寸產線上。現在的大型半導體廠家的工藝設備種類多樣，而各廠家在生產工藝氣體的選擇上也有很大的不同。一條12 英寸工藝產線中，工藝氣體的種類可達40 至50 多種。這其中不僅包含了N2、O2、H2、CDA 等常用的大宗氣體，還包括了毒腐性氣體HCL、HBr、CL2、N2O；可燃性氣體PH3、ASH3、SIH4；惰性氣體SF6、CF4、CO2、N2HE、AR 等特種氣體種類。氣體選擇的種類多，其中的特殊氣體又具有易燃易爆、帶毒性、腐蝕性的特點，這給工廠安全和生產人員的生命健康帶來了一定風險，對單位的安全生產管理水平也提出了挑戰(zhàn)。因此，維護好半導體廠特氣系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，加強對特氣系統(tǒng)的供氣質量控制，在生產運營中顯得尤為重要。

鑒于該系統(tǒng)具有一定的復雜性，工作人員應非常熟悉特氣系統(tǒng)，并對供氣系統(tǒng)的構成、系統(tǒng)特性等進行仔細的分析，同時理解大型12 英寸晶圓廠的要求，制定出針對性的運維與控制方案。避免運行中可能出現的嚴重故障，才能防止意外安全事故的出現，才能提升系統(tǒng)的運行水平。

2 大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的基本組成

高純特氣系統(tǒng)的供應方式多種多樣，包括了VHF 槽車輸送系統(tǒng)、Bundle 鋼瓶組供氣系統(tǒng)、BSGS 大流量特氣供應系統(tǒng)、Blender 混氣系統(tǒng)、管道輸送、外購氣體瓶等等。應根據大型12 英寸晶圓廠的生產工藝特性、規(guī)模大小、量產需求，選擇合理的特氣供應系統(tǒng)。同一個廠的同種氣體可能有多種供氣方式，在生產實際中，可以根據量產的供氣需求切換合適的供氣方式，確保在系統(tǒng)運行中具有較強的便捷性。運行管理中，一方面需保障供氣質量，提高供氣的安全性與高效性[1]，另一方面也應注意運維成本，講究經濟性。外購氣體鋼瓶的應用具有較強的靈活性，能夠降低生產成本，不過仍存在可能出現氣體污染的風險，因而應該對使用的設備進行有效維護。一般的特氣系統(tǒng)主要由GC 氣瓶柜、DVB/DVP 主分配箱、MVMB/MVMP 主氣體閥箱、VMB/VMP 分閥箱、輸送管道和尾氣處理裝置（ScrubberBurn-tube 設備）等構成。

3 大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的維護

特氣系統(tǒng)的運維工作主要分為日常運行和設備維護。

日常運行通常為來料接收、鋼瓶更換、空瓶退運、日常巡檢、監(jiān)控值班、特氣使用工作記錄、特氣區(qū)域空間管理等。

設備維護需制定完善的設備維護計劃、年底提交明年維護保養(yǎng)方案并做好設備運維記錄。針對現場設備制定安全操作規(guī)程，如：BSGS 系統(tǒng)來料檢查作業(yè)指導書、BSGS 系統(tǒng)操作作業(yè)指導書、VMB 操作作業(yè)指導書、全自動氣柜操作作業(yè)指導書、設備維修保養(yǎng)指導書、應急處理程序作業(yè)指導書、勞防用品及安全設備的使用及管理作業(yè)指導書等，使得現場運維工作有據可依。如下簡述一下GC 設備和特氣管路的維護。

3.1 GC 氣柜設備的維護

特氣系統(tǒng)作為一種供應系統(tǒng)，在運行中具有較高的風險，應由專門的技術人員檢查系統(tǒng)性能，加強維護，防止意外事故的發(fā)生。GC 氣柜是特氣系統(tǒng)的重要且常用的設備，市面上有半自動特氣柜（Semi-Auto GC）和全自動特氣柜（Auto GC）兩大類。對于不同類型的GC 氣柜，維護工作中的標準與要求是有所差異的[2]。全自動特氣柜（Auto GC）具有較高的自動化程度，安全、可靠且易操作。它不僅可以讓用戶通過觸控屏上看到設備的運行狀態(tài)、傳感器數值、報警信息等，還提供了鋼瓶自動切換，自動吹掃、面板自動吹掃、管線吹掃等自動化操作，同時還配有毒性氣體泄漏檢測、火焰探測、可聯(lián)動遠程停機等功能。全自動特氣柜（Auto GC）在實際中更受歡迎，新建的各大型晶圓廠中也更為常見。

特氣系統(tǒng)的運維人員應實行分級管理。一般的GC 設備運維人員的維修工作內容僅限于零部件更換，如壓力傳感器PT 更換、氣柜普通閥門更換、文丘里抽真空器更換、過濾器更換、Pigtail 更換和調壓閥更換。除以上正常維修以外的其他維修，應由運維部門及時通報業(yè)主，并聯(lián)系設備原廠的技術工程師到場檢修。

同時，GC 氣柜設備的操作應以分級密碼進行管理。一級密碼員工對應日常操作、中英文切換、歷史趨勢圖、設備報警記錄；二級密碼員工可對系統(tǒng)硬件配置、報警參數配置、條形碼信息等進行設置；三級密碼員工可對設備傳感器進行歸零調整和進行設備初始化操作。需要注意的是，傳感器歸零調整（PT Zeroing）和 系統(tǒng)初始化（System Initialization）并不常用。此功能通常用于設備有故障或傳感器的數值有較大偏移量時才會使用。此項功能的使用僅限于原設備廠經培訓考核合格的設備維護人員。

氣體鋼瓶的更換時，運維人員應對GC 設備的管路和設備面板進行Purge 吹掃。一般氣體，應確保至少吹掃40次，負壓保壓時間不低于20 分鐘；容易粘滯或有毒腐性的氣體，應確保至少吹掃60次，負壓保壓時間不低于30 分鐘。吹掃干凈各個閥門和管道后，氣體柜的維護完成。

3.2 管路的維護

在對特氣系統(tǒng)的管路進行維護時，也應該考慮到不同氣體性質的影響，采取有針對性的維護措施。高純氮氣在氣體管道維護中常用，對氣體管路吹掃時應保證吹掃質量后才上線。當管路中存在易吸附性質的液態(tài)氣體時，容易引起管道的堵塞問題[3]。維護時應多次抽真空，抽完后對閥門關閉，但在完成上述操作后會出現壓力表回表，進而引起管道的泄漏。為了能夠保障特氣系統(tǒng)的運行安全，防止氣體泄漏對人身安全造成的威脅，應打開真空發(fā)生器繼續(xù)抽取吸附性氣體，直至完全處理干凈。也應對管路進行正壓和負壓的保壓測試，在此過程中需要對壓力進行控制。通常情況下，正壓保壓壓力應該在使用壓力的1．2倍左右，負壓保壓壓力應該在-12PSI，確保保壓時間超過120 分鐘[4]。溫度會對保壓數值產生影響，出現正負2PSI 的波動都屬于正常。

4 大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的質量控制措施

特氣系統(tǒng)管路的質量控制措施主要有5 項測試，分別為保壓測試、氦泄漏檢查、水分測試、氧分測試、顆粒測試，一般管線正式上線前完成測試。

4.1 壓力測試

輸送系統(tǒng)是大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的主要構成，應該對其密封性進行嚴格檢查，同時保障管道材質符合生產規(guī)范與要求，在施工中嚴格遵循設計標準，這是特氣系統(tǒng)質量控制中的主要方式。提升系統(tǒng)的密封性，可以有效保障氣體的純度不受污染，同時增強了輸送的安全性，防止危險事故的發(fā)生。對于中間過程的氣體純度的控制，需依賴于管道的材質，同時通過控制作業(yè)過程防止污染物的混入。正壓測試和負壓測試是特氣系統(tǒng)壓力測試的兩個主要內容，將正壓控制在使用壓力的1．2-1．5 倍左右，測試時間要超過24h。氣體壓力會受到溫度變化的影響，因此也會導致壓力在一定范圍內變化[5]。在實踐工作當中，應明確真空發(fā)生器的負壓值，以此為依據確定壓力測試中的負壓值，通常在-15～-20PSI 之間。

4.2 氦泄漏檢查

對管道的氦泄漏檢查，通常需要使用專門的氦氣檢漏儀，漏率應該超過1E10-9cc/sec 以上。無論是在內漏還是外漏的檢測當中，都能夠起到良好的檢測效果。與正壓保壓相比較而言，其靈敏度要更高，能夠有效防止在系統(tǒng)運行中出現微漏現象，提升生產安全性。

4.3 顆粒測試

微小雜質會存在于管道的內部，這也會對氣體的質量產生影響，因此應該對其開展顆粒測試。在測試工作當中，應該確保粒徑在0．1um 以上的顆粒數不超過1 顆/立方英尺。在工作中應該對管材的質量進行控制，堅決杜絕使用假冒偽劣產品，同時對施工過程予以規(guī)范，嚴格控制吹掃氣體的純度。通常情況下，吹掃氮氣的純度應該在99．999%。

4.4 水分與氧分分析

在開展水分分析時，主要是針對管道內部的水分含量進行檢測，測試指標應該控制在10ppbv 以內。氣體的純度和工藝制程等，都會受到管道內部水分含量的直接影響。因此，為了促進氣體質量的提升，應該嚴格做好水分測試與分析工作，確保其滿足生產規(guī)定與標準。在氧分分析時，主要是測試管道內部的氧分子含量，需要控制在10ppbv 以內[6]。在工作當中，還應該加強對運維人員與管理人員的專業(yè)培訓，使其掌握特氣系統(tǒng)的運行原理與特點，明確大型12 英寸晶圓廠的建設要求，在工作中能夠嚴格遵循工作標準。建立完善的責任機制，明確運維人員和質量控制管理人員的職責，從而保障各個工作環(huán)節(jié)的有序實施。

5 結語

在大型12 英寸晶圓廠特氣系統(tǒng)的運行當中，應該做好相應的運維與質量控制措施，從而增強實際運行效果，保障生產效率與質量的提升。在維護工作當中，主要是通過氣體設備和管路維護，防止意外事故的發(fā)生。而在質量控制工作當中，則需要從壓力測試、氦泄漏檢查、顆粒測試、水分與氧分分析角度入手，消除其中存在的安全隱患。