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研究生： 張光宇
論文名稱： 半導體無塵室在空氣流路徑上的危害評估
指導教授： 王茂駿
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 工業工程與工程管理學系碩士在職專班
Industrial Engineering and Engineering Management
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 92
中文關鍵詞： 晶圓廠 、空氣流路徑 、危害評估 、半導體製造流程 、火災與煙災
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    • 中文摘要

    台灣半導體晶圓製造業發展迄今已近二十載，製程線徑由微米 (μm)演進至奈米(nm)，可以說是越來越精細、越來越複雜。然而隨著製造流程的日益精密、生產線上的產能越來越大，再加上製程中使用材料更加的複雜與特殊，於是隱藏在無塵室及其空氣流當中的危害因子，也就變得越來越多，影響的層面也越來越大。不但能直接影響產品製造的良率與產出，更進一步會引發許多災害，導致工廠內部及工廠周圍人員的健康和安全受到影響。
    本論文的目的，是以一個宏觀的角度，來探討一個半導體廠無塵室在運轉時，存在於無塵室及其空氣流路徑內可能的危害因子，試圖去找出合理的對策來防止災害的產生，並有效地保護工廠內部所有的工作人員及製程設備，以期達到一個「最穩定、最安全、最乾淨的作業環境」的目標。

    目錄 目 錄................................................. I 圖 目 錄................................................. V 表 目 錄............................................... VIII 第一章 研究背景........................................ 1 1.1 研究動機....................................... 1 1.2 研究目的...................................... 2 1.3 研究範圍與限制................................ 3 1.4 現況與問題描述................................ 3 1.5 研究架構...................................... 4 第二章 認識晶圓廠及其空氣流............................ 6 2.1 半導體製造流程簡介.................................. 6 2.2 半導體無塵室的佈局................................. 10 2.3 製程設備的二次配管..................................13 2.4 無塵室及其空調系統..................................15 2.5 製程排氣系統........................................18 2.5.1 酸類排氣..........................................18 2.5.2 鹼類排氣..........................................19 2.5.3 有機溶劑類排氣....................................19 2.5.4 一般性排氣........................................21 2.5.5 尾氣處理設備......................................21 2.6 無塵室的空氣流模型..................................22 第三章 無塵室及其空氣流的危害因子分析...................24 3.1 危害分析的原則....................................24 3.2 危害的來源. ..................................... 25 3.2.1 化學性危害......................................25 3.2.1.1 大用量氣體的危害.............................26 3.2.1.2 呼吸氣可能的危害.............................27 3.2.1.3 特殊氣體的危害...............................28 3.2.1.4 大用量化學品的危害...........................31 3.2.1.5 瓶裝化學品的危害.............................33 3.2.1.6 沸石轉輪上的危害.............................33 3.2.1.7 排氣風管隱藏的危害 ..........................35 3.2.1.7.1 不相容氣體混合產生的危害 ...................36 3.2.1.7.2 不正確管材的危害 ...........................37 3.2.2 物理性危害 .....................................39 3.2.2.1 電磁干擾.....................................39 3.2.2.2 靜電.........................................39 3.2.3 潛伏在製程模組中的危害..........................41 3.2.3.1 製程模組的危害分析...........................41 3.2.3.2 濕式清洗工作站的危害分析.....................43 第四章 無塵室的安全系統.............................45 4.1 無塵室的防火區隔..................................45 4.1.1 建築的防火區隔 .................................45 4.1.2 晶片自動運送系統................................46 4.1.3 管線的防火措施..................................46 4.1.3.1 管材的防火填塞...............................47 4.1.3.2 防火管材的選擇...............................48 4.2 無塵室火警偵測系統................................52 4.3 無塵室的撒水系統 .................................55 4.4 無塵室的排災系統..................................56 4.4.1 第一種排災系統的設計............................57 4.4.2 第二種排災系統的設計............................59 4.5 毒性氣體外洩偵測系統..............................60 第五章 其他的風險改善建議...........................63 5.1 硬體裝置的規劃....................................63 5.1.1 正確的無塵室空間規劃............................63 5.1.1.1 無塵室型式的選擇 ...........................63 5.1.1.2 高危害性或高污染性的製程區塊規劃.............64 5.1.1.3 無塵室的產能擴充.............................65 5.1.2 製程排氣系統的防災措施..........................66 5.1.2.1 風管凝結液體的排放...........................66 5.1.2.2 正確的管線設計...............................67 5.1.2.3 不相容物質的排氣風管的規劃...................67 5.1.3 高沸點有機溶劑的處理............................70 5.1.4 濕式清洗工作站的防災措施 .......................72 5.1.5 備用電源的選擇..................................74 5.1.5.1 靜態式不斷電裝置.............................75 5.1.5.2 動態式不斷電裝置.............................76 5.1.6 呼吸防護具的設計................................78 5.1.7 明顯易懂的工廠標識..............................78 5.1.8 電磁干擾與靜電的防治............................81 5.1.8.1 電磁干擾的防治...............................81 5.1.8.2 靜電的防治...................................81 5.2 管理措施..........................................82 5.2.1 工廠的管理......................................82 5.2.2 工程管理........................................84 5.2.3 緊急事故的應變..................................85 5.2.3.1 緊急應變小組的成立與運作.....................86 5.2.3.2 緊急應變處理制度的建立.......................87 第六章 結論.........................................89 參考文獻.................................................90 圖目錄 圖 1-1 半導體產業整體經營環境的挑戰..................2 圖 1-2 研究架構........................................5 圖 2-1 晶粒的製造流程..................................7 圖 2-2 隧道型無塵室的示意圖 ..........................11 圖 2-3 開放空間型無塵室的示意圖.......................12 圖 2-4 晶圓自動搬運系統的示意圖.......................13 圖 2-5 二次配管的示意圖...............................15 圖 2-6 典型FFU空調系統的示意圖........................17 圖 2-7 典型酸鹼廢氣洗滌塔.............................19 圖 2-8 典型有機廢氣系統作動原理.......................20 圖 2-9 Local Abatement的位置示意圖....................21 圖 2-10 無塵室的空氣流模型............................23 圖 3-1 氮氣供應模式示意圖.............................26 圖 3-2 呼吸氣可能危害的示意圖.........................28 圖 3-3 特殊氣體系統 P&ID圖............................30 圖 3-4 低壓氣體供應系統的配置圖.......................30 圖 3-5 利用氮氣加壓的化學品供應系統的示意圖...........32 圖 3-6 沸石轉輪悶燃示意圖.............................35 圖 3-7 風管穿牆示意圖.................................37 圖 3-8 靜電危害示意圖.................................40 圖 4-1 管子的填塞材料.................................47 圖 4-2 電纜及電纜槽的填塞材料.........................47 圖 4-3 防火延燒工程材料的應用.........................48 圖 4-4 風管撒水頭與排放管示意圖.......................49 圖 4-5 傳統的火災偵煙警報系統及火警受信流程圖.........52 圖 4-6 火災發展的四個階段.............................53 圖 4-7 VESDA的應用示意圖 .............................54 圖 4-8 典型的乾式撒水系統.............................56 圖 4-9 無塵室防火區劃的示意圖.........................57 圖 4-10 無塵室防煙垂壁的示意圖........................57 圖4-11(a) 第一種防災系統正常狀態的運作................58 圖4-11(b) 第一種防災系統異常狀態的運作................58 圖 4-12 上排煙系統的示意圖............................59 圖 4-13 MDA System 16的示意圖.........................61 圖 5-1 利用晶圓儲存櫃來做污染區隔的示意圖.............65 圖 5-2 排氣風管的排放管示意圖.........................66 圖 5-3 Local Abatement　的示意圖......................69 圖 5-4 DAS Local Abatement 作動原理 ..................69 圖 5-5 使用Ozone氣體設備的排氣風管配管示意圖..........70 圖 5-6 VOC Condenser分流處理簡單流程 .................71 圖 5-7 VOC Condenser作動原理 .........................72 圖 5-8 靜態式UPS作動原理...........................76 圖5-9(a) 台電正常供電時，D-UPS作動原理................77 圖5-9(b) 台電異常供電時，D-UPS作動原理..............77 圖 5-10 攜帶式的防護器................................78 圖 5-11 一個管路標識示意..............................80 圖 5-12 裝在無塵室天花板上的 Ionizer..................82 圖 5-13 施工管理案例的示意圖..........................84 圖 5-14 緊急應變的安全政策............................85 圖 5-15 一個典型的 ERT組織架構........................87 表目錄 表 2-1 半導體製程模組介紹...............................8 表 2-2 隧道型無塵室及開放空間型無塵室的比較............11 表 2-3 隧道型無塵室的環境規範..........................16 表 3-1 風險評估等級的分類原............................25 表 3-2 半導體常見大用量氣體及其危害分析................27 表 3-3 特殊氣體的分類..................................29 表 3-4 特殊氣體的危害分析..............................31 表 3-5 半導體常見化學品供應系統的危害分析 .............32 表 3-6 瓶裝化學品的危害分析............................33 表 3-7 常見高沸點有機溶劑的化學成分....................34 表 3-8 高沸點有機溶劑的危害分析........................35 表 3-9 半導體廠現有使用化學品之不相容性表..............38 表 3-10 外部雜訊干擾與其產生源.........................39 表 3-11 電磁干擾與靜電的危害分析.......................40 表 3-12 製程模組的危害分析.............................42 表 3-13 美國半導體廠機台發生意外事件數統計(1977~1997) .44 表 4-1 不燃材質FMRC的測試標準..........................50 表 4-2 經過FMRC測試合格的排氣風管材質比較..............51 表 4-3 MDA試紙帶和其適用的毒性氣體對照.................62 表 5-1 濕式清洗工作站相關法規及防制設計................73 表 5-2 使用UPS的設備及其用途...........................75 表 5-3 廠務設施管路簡寫對照表..........................79 表 5-4 標籤名稱、底色及字體顏色一覽表 .................80

    參考文獻

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