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1、半導體廠務工作國家奈米元件實驗室8 C) % s3 T P% z4 j, a4 C G. U一、前言3 j+ B1 I* _; |: t( U近年來，半導體晶圓廠已進展到8晶圓的量產規模，同時，也著手規劃12晶圓的建廠與生產，準備迎接另一世代的產業規模。於是各廠不斷地擴增其產能與擴充其廠區規模，似乎稍一停頓即會從此競爭中敗下陣來。所以，推促著製程技術不斷地往前邁進，從0.25m設計規格的64Mb（百萬位元）DRAM（動態隨機記憶元件）記憶體密度的此際技術起，又加速地往0.18m規格的256M發展；甚至0.13m的1Gb（十億位元）集積度的DRAM元件設計也屢見不鮮。亦即整個半導體產業正陷入尖端
2、技術更迭的追逐戰，在競爭中，除了更新製程設備外，最重要的是維持廠區正常運作的廠務工作之配合，而這兩方面的支出乃佔資本財的最大宗。特別是多次的工安事故及環保意識抬頭之後，廠務工作更是倍顯其重要及殷切。事實上，半導體廠的廠務工作為多援屬性的任務，也是後勤配合與收攤（廢棄物）處理的工作；平時很難察覺其重要性，但狀況一出，即會令整廠雞飛狗跳，人仰馬翻，以致關廠停機的地步。所以，藉此針對廠務工作的內容做一概略性的描述，說明其重要性並供作參考與了解。文章分為三部份：首先為廠務工作的種類，其次是廠務工作的未來方向，最後是本文的結語。6 J2 L1 b- G2 p5 N二、廠務工作的種類6 E8 O5 s6
3、n% q3 目前在本實驗室所代表的半導體製程的廠務工作，約可分為下列數項：1.一般氣體及特殊氣體的供應及監控。2.超純水之供應。3.中央化學品的供應。4.潔淨室之溫度，濕度的維持。5.廢水及廢氣的處理系統。6.電力，照明及冷卻水的配合。7.潔淨隔間，及相關系統的營繕支援工作。8.監控，輔佐事故應變的機動工作等數項。, v8 : V% H7 q; ?9 H H. W下述將就各項工作內容予以概略性說明：1.一般氣體及特殊氣體的供應及監控1一座半導體廠所可能使用的氣體約為30種上下，其氣體的規格會隨製程要求而有不同；但通常可分為用量較大的一般氣體(Bulk Gas)，及用量較小的特殊氣體(Speci
4、al Gsa)二大類。在一般氣體方面，包括有N2, O2, Ar, H2等。另在特殊氣體上，可略分為下述三大類:(1) 惰性氣體(Inert Gas)的He, SF6,CO2, CF4, C2F6, C4H8及CH3F等。$ A# U* X: T9 I: S Pt* s(2) 燃燒性氣體(Flammable Gas)的SiH4,Si2H6, B2H6, PH3, SiH2Cl2, CH3, C2H2及CO等。(3) 腐蝕性氣體(Corrosive Gas)的Cl2,HCl, F2, HBr, WF6, NH3, BF2, BCl3, SiF4, AsH3, ClF3, N2O, SiCl4,
5、AsCl3及SbCl5等。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。SiH4,B2H6,PH3等均屬自燃性氣體(Pyrophoricity)，即在很低的濃度下，一接觸大氣後，立刻會產生燃燒的現象。而這些僅是一般晶圓廠的氣源而已，若是實驗型的氣源種類，則將更為多樣性。其在供氣的流程上，N2可採行的方式，有1. 由遠方的N2產生器配管輸送，2使用液氣槽填充供應，3利用N2的近廠產生器等三種。目前園區都採1式為主，但新建廠房的N2用量增鉅，有傾向以近廠N2產生器來更替；而本實驗室則以液槽供應。O2氣體亦多採用液槽方式，不過H2氣體在國內則以氣態高壓鋼瓶為主。圖一
6、乃氣體供應之圖示。純化器方面，N2及O2一般均採用觸煤吸附雙塔式，Ar則以Getter（吸附抓取）式為主，H2則可有Getter，Pd薄膜擴散式和觸媒加超低溫吸附式等三項選擇。s/ z1 s) m2 t i; |( k& R至於危險特殊氣體的供應氣源，大都置於具抽風裝置的氣瓶櫃內，且用2瓶或3瓶裝方式以利用罄時切換；切換時，須以N2氣體來沖淨數十次以確定安全，櫃上亦有ESO (Emergence Shut Off Valve)閥，即緊急遮斷閥，做為洩漏時的遮斷之用。X C F5 t! ( : Z目前對氣體的不純物要求已達1ppb（即109分之1）的程度，如表一所示。為達此潔淨度，除要求氣源的純
7、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：1.Particle Free（無塵粒）3.External Leak Free（無外漏）13.Dead Space Free（無死角）4.Out Gas Free（無逸氣）5.Effective Area Minimum（最小有效面積）6.Error Operation Free（無操作誤失）7.Corrosion Free（無腐蝕）8.Catalytic Behavior Free（無觸化現象）$ y; A$ : t0 v! s) Q因此，管件的規格就必須愈來愈嚴謹，如表二所列。其BA為Bright Anneal Treatment，
8、即輝光燒鈍退火處理，EP則為Electro-Polish，屬電極拋光之等級。另項的重要工作是在氣體監控系統，主要的目的是做為操作時的管理，及安全上的管理。可由表三說明之。而氣體的毒性規範乃以啟始下限值(TLV/Threshold Limit Value)為界定，表四乃部份毒性氣體的TLV值。, d0 + % f) X0 d關於毒氣偵測的感測器原理，一般有下列六種： - S! ( c1 i % B4 o$ x* c l1. 電化學式(Electro-chemical)2. 半導體式(Semiconductor) J$ 4 P B) q3 j9 o# B3. 化學試紙式(Chemical Pape
9、r Tape)4. 火焰放射光譜式(Flame-emission Spectrometry)G+ i d1 A S1 2 ) z5. 傅力葉紅外線光譜式(Fourier-Transform Inferred Spectrometry-FTIR)6.質譜儀式(Mass Spectrometry), z k7 ) ?% K: y1 X: r而常使用的感測為前三種。完整的毒氣監控系統尚須具備： 3 m: C 8 j+ b3 H1.24小時連續偵測- t q# q# y9 f. c2.警報系統H2 j- _- P5 ht3. 自動廣播系統 t2 i! q- S! y4. 分區的閃光燈警報系統5. 圖控
10、系統顯示現場位置6.各點讀值歷史記錄趨勢圖而當偵測到毒氣洩漏時，立即警報於電腦螢幕，同時啟動自動廣播系統及分區的閃光燈警報系統，此時相關區域全體人員應立即撤出，現場人員立即通知緊急應變小組做適當的處理。I3 J) h. z- t% Q5 _3 A, t2.超純水之供應純水水質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。超純水之製程隨原水水質而有不同的方式，國內幾以重力過濾方式；主要是去除水中的不純物，如微粒子，有機物，無機鹽類，重金屬及生菌等等。去除的技術上，有分離、吸附及紫外燈照射等。表五詳列的是新舊超純水製程的比較情形。其中新製程的步驟有：(1)多功能離子交換樹脂和裝置. z0
11、w* C: s3 J/ $ n, m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表面的正電吸引微粒子的負電，吸著力的大小，決定於樹脂表面線狀高分子之尾端狀態。(2)臭氧紫外線(UV)照射型分解有機物設備)以往的技術中，採用的是過氧化氫UV照射型之有機分解方式，以氧化和分解有機物。原理乃利用UV照射過氧化氫此氧化劑，使其產生氫氧基(OH)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。新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都可以去除。(3)一塔二段式真空脫氣塔 (
12、V! e. s0 l% oo6 l此乃去除水中溶存之氧氣，以降低氧分子在晶片表面自然氧化膜的形成。/ J h! p7 1 l O/ a8 o/ p) n6 S% 目前去除水中溶氧的方法及所面臨的問題： E9 b, ?% h3 M3 d% G1.真空脫氣法無法使溶氧降至50g/l以下。2.膜脫氣法和1.一樣，且須使用大型機器，故不具經濟性。3.氮氣脫氣法使用大量氮氣，所以運轉費用較高。4.觸媒法必須添加氫和聯氨，運轉費亦高。/ L1 P! L4 G而此改良式設備乃就一塔一段式真空脫氣法改變為多段式的抽氣，並加裝冷凝器，俾以縮小塔徑和真空幫浦的尺寸。如此，建設費減少1/3，運轉費減少2/3，並使溶
13、氧降至10mg/l以下，若再配備加熱循環，則更能降低至10g/l以下。5 z1 R6 y/ J: X1 r9 t, x(4)高速通水式非再生純水器就總有機體碳(TOC)含量在10g/l以下的超純水而言，有機物的溶出是一項不可忽略的問題；而一般的離子交換樹脂會溶出微量的有機物，所以在副系統的非再生型樹脂塔中用超低溶出型的離子交換樹脂後，再大幅提增其通水流速，如此便能大幅降低TOC值，且降低成本。若以微粒子的動向來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
14、出。- m$ ZG% u# 1 + , X1 D4 S至於去除TOC的有效組件有：離子樹脂塔，紫外線氧化槽，活性碳塔和TOC-UV燈等，其效率如圖三所示。 ( r; B. K% W- T3 j6 v* N9 sB3.中央化學品的供應3; R- G1 N) i6 O* r7 目前的化學品供應已由早期的人工倒入方式改為自動供酸系統，其系統可分為四大單元：化學品來源(Chemical Source)。充填單元(Charge Unit)、稀釋混合單元(Dilution/Mixing Unit)，儲存槽(Buffer Tank)及供應單元(Supply unit)。5 6 p. r2 g8 y Q R9
15、 L$ q* ; t2 c t 9 e; Y(1)來源方式有桶裝(Drum)，糟車(Lorry)，及混合方式(Mixing Source)。# l2 ts9 E z- _) t0 G( g N5 l+ L8 e. c l O(2)充填單元供應單元二者為供應系統的動力部份，而將化學品經管路輸送到指定點。方法有幫浦(Pump)抽取，真空吸取(Vacuum Suction)及高壓輸送(Pressure Delivery)等三種。且為降低化學品被污染的機率須配備佐助組件，如純水，氮氣噴槍清洗接頭；濾網風扇 (HEPA Fan)保持正壓避免外界灰塵粒子進入；排氣(Exhaust)排除溢漏化學品及本身的氣味於室外。+ v$ M7 q8 X7 ?. u, $ (3)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。 ( S* X$ ?j( ) n3 F5 q% h(4)管路設計方面需注意事項有： + _1 l4 Q) G; H3 w1.非水平管路：即從源頭到使用點由高而低，當管路漏酸時便會流到未端的閥箱(Valve Box)，可輕易清除。# b7 c r5 q9 j* k: j2.不同高層的管路排列：上下排列之管材最好能同
