廠務運行VS工程設計

半導體廠務運行與工程設計關聯(lián)性的一點體會NEW新創(chuàng)工程2/6/20231江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程客戶對廠務管理工作的重要思索如何才能有效的減少突發(fā)故障的次數(shù)，將廠務系統(tǒng)對生產的影響減到最小成本領先戰(zhàn)略下，廠務的貢獻度在哪，COSTDOWN如何切入技改項目實施時，如何有效避免重復投資以及最短時間的影響現(xiàn)生產安全、環(huán)保、能源漲價因素的壓力，廠務工作如何才能處變不驚擴產時設備動力需要與動力現(xiàn)有系統(tǒng)的供應矛盾，如何才能防患于未然根本原因尋找中，為啥總有抱怨先天不足的聲音運行策略的優(yōu)化，在廠務優(yōu)秀管理人才一將難求的情況下，又是如此舉步維艱，是否還有其它途徑新建項目的上馬似乎總是那么困難重重，前期設計方案是否真的符合預期,基于廠務大系統(tǒng)技術能否突破傳統(tǒng)思維服務于工程實踐或優(yōu)化運行滿足客戶的事實需要是努力方向2/6/20232江蘇新創(chuàng)ICFAB/廠務供應系統(tǒng)酸/堿化學品供應站有機溶劑供應站清潔用真空廢氣處理AcidScrubberSolventVOC空調設施UPWDI回收軟水裝置自來水儲存槽(20000m3)設備冷卻水供應系統(tǒng)低壓配電室特殊氣體站CDA酸廢水站含氟廢水站有機溶劑收集槽維修區(qū)/制造支持區(qū)潔凈室(IC制造設備)CIM+晶片自動停送潔凈室(IC制造設備)液態(tài)氮液氧液氬氦氣氫氣補充空氣熱水︵蒸氣︶廢氣冰水ROpcw酸/堿H2SO4回收有機溶劑IPA再生系統(tǒng)廢溶劑光阻劑廢HF清洗用水接地系統(tǒng)大地污水處理廠回收公司供應商氣體供應商氮氣供貨商

電力公司市水回收公司濃縮污泥供應商供應商溫水衛(wèi)生排水設備用真空柴油儲槽供應商TFMS/TFPSFireDetection&Protection飲用水DI高壓配電室電力供應站EG+DUPS磷酸回收FACMonitor&ControlPOUMonitor&Control外氣外氣外氣外氣外氣水蒸汽確保酸堿廢水酸鹼廢水DI再生廢水HF再生系統(tǒng)酸堿廢水NEW新創(chuàng)工程NEW新創(chuàng)工程2/6/20234江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程凈化空調系統(tǒng)新風機預熱輸入源蒸汽VS熱水VS冷水冬季冷卻水替代冷凍水/夏季冷卻水代用熱水的考慮新風機（無除濕工況）表冷器輸入源調整為熱水，延長冷卻水代用熱水的時間/防凍/熱交換站輸送溫度及壓力的調整空調機配管閥組的合理設置，便于操作有利于運行實際中必要的人工干預干盤管冷水系統(tǒng)的選擇(混流VS熱交換，并聯(lián)VS串聯(lián)）吊頂自循環(huán)風機閥組托盤的設置，解決排污管路與冷凝水管路合流的隱患2/6/20235江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程凈化空調系統(tǒng)蒸汽末端應有吹掃管路直通室外，主要考慮調試運行及維護后送氣排風變頻/雙風機的必要性以及有機排風管排液管設置二次配排風負壓表設置空調冷凝水，蒸汽疏水回用于純水制備原水合理布置機房,在布置機房設備時，既要考慮冷凝器、蒸發(fā)器、表冷器的檢修空間，又要考慮主機操作人員能觀察到儀表的變化空調機組的斷面風速適宜,空調機組現(xiàn)在多采用組合式空調機組，為了節(jié)約初期投資和機組占地面機，往往選用大風量機組，以及盡可能減小空調機組外形尺寸，從而增加了空調機組的斷面風速，這樣各級過濾器阻力上升快，而且擋水板的擋水效果不佳，空調機組容易積水。一般機組的斷面風速不宜超過2.5m/s。設在屋頂?shù)睦鋮s塔宜設風機檢修控制開關,考慮檢修安全因素發(fā)熱量差別較大的房間不宜并入一個空調系統(tǒng)(如清洗/擴散),但也有并入的節(jié)能做法2/6/20236江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程2/6/20237江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程凈化空調系統(tǒng)潔凈室的氣流速度／換氣次數(shù)的確定潔凈室內氣流的橫向擴散只在甚低的流速下才有可能，單向流在合理的氣流組織下，流速0.05～0.1m/s就足夠帶走污染物末級過濾器的效率對潔凈度的影響是值得起注意的。有的氣流速度/換氣次數(shù)推薦或參考值對末級過濾器效率提高的因素往往沒作考慮。當前有的IC工廠其ISO5級(0.3μm)的潔凈室，采用FFU系統(tǒng),帶ULPA(99.9995%,0.12μm)，出口風速為0.38m/s，其滿布率為25%，這樣室內平均氣流速度為0.095m/s，在各有關推薦或參考值的下限下。2/6/20238江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程冷凍系統(tǒng)冷凍機的合理布置，務必考慮夏季高峰有一臺備機，單機冷量的選擇需結合四季負荷變化的因素冷凍水系統(tǒng)在站內有自來水快補入口,對于冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)的補水計量冷凍水泵、冷卻水泵考慮代用適宜的布置冷凍機配管操作閥門的布置，應考慮機組關閉后切斷旁通流量，減少水泵運行臺數(shù)BKS系統(tǒng)的應用，調整送回水溫差，提高冷凍機COP值，減少冷凍/冷卻水泵功耗分散的冷凍站應考慮聯(lián)網(wǎng)供應，確保穩(wěn)定供應的同時還能一舉多得冷凍水系統(tǒng)應增設手動放氣管路，尤其吊頂內自清洗過濾器的全流量設置在冷凍水泵總管路2/6/20239江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程各種不同設計之潔凈室耗能比較(單位KW)系統(tǒng)搭配方式FFU+MAUAxialFan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU/w76%RABypass6oC冰水制冷電量2349.062349.062349.0611615.372349.067819.599oC冰水制冷電量2681.052681.053558.99

2681.05

14oC冰水制冷電量439.03694.28

301.01

一次冰水泵電力122.76122.76122.76606.99122.76408.63二次冰水泵電力128.10128.10170.04

157.46

14oC冰水泵電力58.9993.29

31.46

熱水泵電力26.4026.4024.79162.9924.79408.63MAU472.47472.47472.47

472.47

氣流循環(huán)單元動力727.001875.644957.064689.112598.054689.11FCU

31.46

總計7004.868443.0611655.1817074.468769.5713325.97氣流循環(huán)系統(tǒng)耗能指標(W/m2)65.02167.74443.31419.34232.34419.34耗能評比(以FFU型為基礎)11.211.662.441.251.90系統(tǒng)評論最省能,潔凈室運轉有彈性,為目前主流設計,但初設成本偏高為其缺點潔凈室運轉有彈性,但有噪音問題,系統(tǒng)保養(yǎng)性差造價便宜,但風管布建較復雜,不利于大規(guī)?；蚴褂脧椥孕璐蟮臒o塵室,可作為改善案之參考造價便宜,但風管布建較復雜,耗能設計,同時不利于大規(guī)模或使用彈性需大的無塵室風管布建較復雜,耗能較純MAU+RCU改善許多,唯潔凈度較不易維持造價便宜,但風管布建較復雜,耗能設計,同時不利于大規(guī)?；蚴褂脧椥孕璐蟮臒o塵室2/6/202310江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程工藝冷卻水系統(tǒng)為充分保證系統(tǒng)不間斷運行，也有考慮雙電源設計和管路失壓備泵自投功能顆粒過濾精度45um,電導10us/cm，過濾器及補水水質的考慮系統(tǒng)選擇閉式或開式，閉式節(jié)能但務必確認工藝設備是否有無背壓回水的特殊要求工藝冷卻水冬季熱能回用于純水站加熱原水擴散爐/外延爐冷卻水應有自來水應急管路的考慮工藝冷卻水一次配閥門盡量按一臺套設備留一組閥的原則工藝冷卻水一次配閥門管路接出位置工藝冷卻水站采用分體式的好處二次配轉子流量計的設置，合理調節(jié)需求量，避免系統(tǒng)小溫差大流量2/6/202311江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程水處理系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)流程圖2/6/202312江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程純水系統(tǒng)純水水溫的確認，恒溫純水需考慮冷量需求原水管路計量的要求送回水管路材質選擇的合理性回流量考慮的適宜，使用量的30%同時使用系數(shù)的確定2/6/202313江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程由于制程上的需要，在半導體工廠使用了許多種類的氣體。一般我們皆以氣體特性來區(qū)分。可分為特殊氣體及一般氣體兩大類。前者為使用量較小之氣體。如SiH4、NF3等。后者為使用量較大之氣體。如N2、CDA等。因用量較大；一般氣體常以“大宗氣體”稱之。即BulkGas。特氣—SpecialtyGas。BulkGas在半導體制程中，需提供各種高純度的一般氣體使用于氣動設備動力、化學品輸送壓力介質或用作惰性環(huán)境，或參與反應或去除雜質度等不同功能。大宗氣體在半導體廠中的用途CDA主要供給FAB內氣動設備動力氣源及吹凈(Purge),LocalScurruber助燃。N2主要供給部份氣動設備氣源或供給吹凈、稀釋惰性氣體環(huán)境及化學品輸送O2供給ETCH制程氧化劑所需及CPCVD制程中供給氧化制程用，供給O3Generator所需之O2供應及其他制程所需。Ar供給Sputter制程，離子濺鍍熱傳導介質，Chamber稀釋及惰性氣體環(huán)境。H2供給爐管設備燃燒造成混氧環(huán)境，POLY制程中做H2BAKE之用。W-PLUG制程中作為WF6之還原反應氣體及其他制程所需。He供給制程晶片冷卻。氣體供應系統(tǒng)2/6/202314江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程SpecialtyGas半導體廠所使用的SpecialtyGas種類繁多，約有四、五十種，依危險性可分為以下數(shù)類：易燃性氣體有些氣體當因泄漏或混入時，其本身之濃度只要在某一范圍內（相對空氣），只要一有火源，此氣體乃會因相混而燃燒。此稱為該氣體之爆炸范圍。如：SiH41.35%-100%SiH2CL24.1%-98.8%PH31.32%-100%低壓性氣體有些氣體常態(tài)下為粘稠液態(tài)氣體，室溫的飽和蒸汽壓均小于10Psi，易造成管線阻塞，需包加熱套，提高氣體蒸汽壓，才能充分供應氣體。如：DCS、CLF3、WF6毒性氣體有些氣體由于其反應性很強，對動物（含人類）的呼吸、粘膜、皮膚等功能有強烈影響。如：NF3,PH3腐蝕性氣體有些氣體與水分一作用，即水解后產生HCL或HF等酸化物，對人體（包含眼睛、鼻子、皮膚、呼吸系統(tǒng)等）及設備（如管路及閥件）多少有腐蝕作用。此氣體有下列：<1>HCL、CL2、SiH2CL2、BCL3等含CL元素的氣體---HCL<2>BF3、SiF4、WF6含F(xiàn)元素---HF<3>NH3---氨水極刺激性氣體供應系統(tǒng)2/6/202315江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程窒息性氣體如：CO2、CF4、C2F6等氣體，無臭無味。若大量泄出而相對致空氣含O2量減少至16%以下時，即有頭痛與惡心癥狀。當O2含量少至10%時，人將陷入意志不清狀態(tài)，6%以下，瞬間昏倒，無法呼吸，6分鐘以內即死亡。自燃性氣體有些氣體，一與空氣相混，即使沒有火源也會自燃起火。此稱為自燃氣體。一般其起火點在常溫以下。此氣體有：SiH4、PH3、B2H6等氣體供應系統(tǒng)2/6/202316江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程空壓系統(tǒng)空壓機考慮穩(wěn)定供應和維護保養(yǎng)的需要務必要有備機，結合設計容量及投產實際使用情況優(yōu)先設置1臺變頻機組，保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定及降低能耗，其余機組有待機功能最好。優(yōu)先選用水冷型空壓機，冷卻介質優(yōu)先采用工藝冷卻水各系列空壓干燥器出口增設放空管路，對于調試運行及系統(tǒng)維護后投運檢查切換非常有意義總管增設渦街流量計，有助于預判設備性能/使用實際流量的監(jiān)測/技改容量的核定/單耗經濟型分析儲氣罐容積一般考慮空壓機每分鐘排氣量的10%過濾器要有壓差指示或管路增設壓力表預判阻力情況，計劃停供保障生產儲氣罐底部疏水管路需要有旁通2/6/202317江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程工藝真空及真空清掃系統(tǒng)工藝真空管路可以采用UPVC給水管超純氣體系統(tǒng)純化器選擇時對N2、O2純化器較多采用觸媒吸附式，Ar、H2純化器則以Getter效果最佳，必須高度注意氣體對CH4，N2的要求（吸附式無法去除）鈀膜純化器

吸氣劑催化劑工作溫度高溫室溫使用壽命長短可再生否可稀有氣體中除氮可否氫中除氮可否除甲烷可否成本高低2/6/202318江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程超純氣體系統(tǒng)不同氣體純化器需要不同的公用工程與之相配套，純化間預留接口例如，觸媒吸附式N2純化器需要高純氫氣供再生之用；觸媒吸附式純化器需要冷卻水。超純氣體管路吹掃口，取樣閥的設置，考慮系統(tǒng)檢測的需求PN2在純化間要有預留閥作為吹掃/置換源超純氣體EP管Ra值和隔膜閥cv值的要求1/4”(0.2)1/2“(0.7)3/4”(1.5)高純氣體過濾器的選擇，PTFE濾膜/316L濾膜，顆粒度0.003um一次配管支干管宜采用帶后吹掃口的波紋管/隔膜閥，考慮施工及后期改造支干管開頭需一次配適當做一些預留點對于主輔機的一次閥門預留建議參照冷卻水，可視具體情況

2/6/202319江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程隨著科學技術的發(fā)展，線寬越做越小，其對氣體純度、顆粒度、雜質含量以及露點的要求也越來越高。（下表是各種線寬下對超純氮氣的要求）氣體供應系統(tǒng)線寬（um）2~31.30.80.50.350.18氧含量（ppb）1005010511露點（℃-76-80-90-100-110-120顆粒（um）0.30.20.10.10.10.052/6/202320江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程大宗供氣系統(tǒng)的可靠性問題由于微電子行業(yè)的投入與產出都是非常的大，任何供氣中斷都會帶來巨大的經濟損失，尤其對大型集成電路芯片生產廠而言。因此在設計中必須充分考慮氣體供應系統(tǒng)運行的安全可靠性。若采用現(xiàn)場制氣方式，往往還需要設置該種氣體的儲蓄供氣系統(tǒng)作備用。1）每一種氣體的純化器都需要有一臺作備用。2）氧氣若采用現(xiàn)場制氣方式，雖然可以不經純化而直接供工藝設備使用，但仍應該設置一臺純化器作備用。當然，以上這些措施必須會導致氣體成本的急劇上升，雖然與供氣中斷造成的損失相比要小的多，但這必須要與業(yè)主討論確定。而且，每個項目都有其特殊性，不必強求一步到位，可以考慮在不同的建設階段逐步實施。另外,若有條件采用集中管道供氣方式,還需要考察氣體供應商的系統(tǒng)設計情況，是否有對供氣中斷、管路污染等突發(fā)事故的預防措施、應急措施和恢復手段。有必要提請業(yè)主注意在該種經濟便利的供氣方式背后潛在的風險。2/6/202321江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程特種氣體工藝系統(tǒng)應設置下列主要裝置：1儲存、供氣的氣瓶柜、氣瓶架、集裝格；2氣體分配用閥門箱、閥門盤；3輔助氮氣吹掃系統(tǒng)；4尾氣處理裝置。特種氣體工藝系統(tǒng)的設計應滿足電子產品生產工藝對特種氣體工藝參數(shù)、污染控制、使用安全的要求。不相容的特種氣體的排氣管道不得接入同一排氣系統(tǒng)。不相容的特種氣體的排風管道不得接入同一排風系統(tǒng)。2/6/202322江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程管路設計管路設計時需考慮輸送的距離，距離越長，成本越高，風險也越高。因擴充性不易，需預留適當?shù)臄U充閥組。通常較理想的設計流速為一般氣體小于20m/sec，可燃性氣體小于10m/sec，腐蝕性/毒性氣體則小于8m/sec。在用量的設計方面，則需考慮使用點的壓力與管徑的大小，前者與氣體特性有關，后者在使用點一般為1/4吋~3/8吋。管路型式依氣體特性設計，惰性氣體使用一般的單層管，腐蝕性、可燃性、毒性則可考慮雙套管，但因其制作成本高，除非具自燃爆炸或極毒性的危險氣體，如SiH4、PH3、AsH3常以雙套管制作外，其余危險氣體可再行考慮。管路的材質則依使用的需求進行選擇，若為制程用的反應氣體則選擇高等級的316LEP管，經電解拋光(Electro-Polish)處理，耐腐蝕，表面粗糙度低，Rmax約為0.3~0.8μm，其值遠低于經過光輝燒結(BrightAnneal)處理之316LBA管的3~6μm，因平整度越高越不容易形成微渦流，而將污染粒子帶出。316LBA管則常使用于和芯片接觸但不參與制程反應的氣體，如GN2、CDA。另一種未經特殊處理的AP管(Annealing&Picking)，則用于不做為供氣管路的雙套外管。氣體供應系統(tǒng)2/6/202323江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程特氣系統(tǒng)特別注意事項（1）對于AsH3、PH3、B2H6、SiH4等劇毒氣體的傳輸，需要采用雙套管，腐蝕性氣體采用316LVIM+VAR（2）由于SiH4氣體的自燃性，一旦外泄將對廠房和人員的生命財產安全造成極大的威脅。因此，SiH4氣柜應處于與主體廠房分開的地方，而且鋼瓶閥要求使用氣動閥，以確保鋼瓶在緊急情況下能夠自動關閉。含SiH4在內，CO，B2H6，PH3，AsH3，SbH3等鋼瓶內接頭應安裝限制流量孔。制造商應依據(jù)SEMIS5提供流量計算。（3）對于PH3，SiH4，B2H6等氣柜還要裝有紅外-紫外線（UV-IR）雙重掃描的火花偵測器，其光束應該覆蓋所有可能泄漏的位置，而且其量程設置應該偵測到比氣體偵測器偵測范圍更小的氣體泄漏，用以監(jiān)控任何可能產生的火花并觸發(fā)相應的互鎖，以確保廠房及人員的安全。（4）由于ClF3與水產生激烈反應而成爆炸性物質，ClF3鋼瓶不可安置灑水器。滅火裝置應以CO2方式為主。（5）N2O、CO、O3—GasketmustbeSUS注：一般氣體所用之Gasket為Ni材質。CO對Ni具有侵蝕性，故CO所用之Gasket必須為SUS系列材質。氣體供應系統(tǒng)2/6/202324江蘇新創(chuàng)NEW新創(chuàng)工程CDS:chemicaldeliverysystem化學品輸送系統(tǒng)CCSS(Control

Chemical

Supply

System)中