國 立 交 通 大 學 工 學 院 產 業 安 全 與 防 災 學 程 碩 士 論 文 某 晶 圓 廠 區 域 洗 滌 設 備 異 常 事 件 之 風 險 評 估 與 改 善 對 策 The Risk Assessment And The Improvement For Abnormal Events Of The Local Scrubber System In A Semiconductor Foundry 研 究 生 : 張 勝 祈 指 導 教 授 : 陳 春 盛 教 授 中 華 民 國 九 十 七 年 七 月
某 晶 圓 廠 區 域 洗 滌 設 備 異 常 事 件 之 風 險 評 估 與 改 善 對 策 The Risk Assessment And The Improvement For Abnormal Events Of The Local Scrubber System In A Semiconductor Foundry 研 究 生 : 張 勝 祈 指 導 教 授 : 陳 春 盛 Student : Sheng-Chi Chang Advisor : Chun-sung Chen 國 立 交 通 大 學 工 學 院 產 業 安 全 與 防 災 學 程 碩 士 論 文 A Thesis Submitted to Degree Program of Industrial Safety and Risk Management College of Engineering National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Industrial Safety and Risk Management June 2008 Hsinchu, Taiwan, Republic of China 中 華 民 國 九 十 七 年 七 月
某 晶 圓 廠 區 域 洗 滌 設 備 異 常 事 件 之 風 險 評 估 與 改 善 對 策 學 生 : 張 勝 祈 指 導 教 授 : 陳 春 盛 國 立 交 通 大 學 產 業 安 全 與 防 災 碩 士 班 摘 要 高 科 技 產 業 一 直 被 視 為 台 灣 經 濟 龍 頭 的 產 業, 半 導 體 產 業 更 是 當 前 的 經 濟 發 展 重 要 指 標, 並 被 行 政 院 列 為 兩 兆 雙 星 產 業 之 一 ( 半 導 體 及 光 電 業 ), 根 據 經 濟 部 工 業 局 估 計, 台 灣 半 導 體 在 2008 年 總 產 值 可 達 到 1.7 兆 元, 可 望 再 創 新 高 然 環 保 意 識 抬 頭, 半 導 體 製 程 所 衍 生 的 廢 氣 廢 液 等 問 題, 在 全 球 暖 化 的 今 天, 引 起 了 高 度 重 視 製 程 尾 氣 處 理 設 備 (Local Scrubber), 已 是 當 今 處 理 製 程 廢 氣 的 重 要 一 環, 以 往 許 多 研 究 均 是 探 討 其 處 理 的 效 率 問 題, 並 未 著 墨 於 其 本 身 機 台 的 風 險 危 害 評 估 有 鑑 於 此, 本 研 究 將 以 國 內 某 半 導 體 晶 圓 廠 區 域 洗 滌 設 備 之 異 常 事 故 為 樣 本, 審 視 其 本 體 之 安 全 設 計 及 消 除 降 低 危 害 之 情 況, 進 行 初 步 的 危 害 評 估, 鑑 認 出 各 單 元 之 相 對 的 危 害 等 級, 發 現 區 域 洗 滌 設 備 元 件 及 管 路 的 部 分, 確 實 具 有 較 高 之 危 害 風 險 針 對 此 高 潛 在 的 危 害 設 施, 以 HazOp (Hazard And Operation Study) 分 析 法 評 估 危 害 原 因 並 著 重 改 善 對 策 的 議 題 加 以 探 討, 並 提 出 工 程 控 制 的 改 善 方 案 最 後 根 據 改 善 後 當 年 與 未 改 善 前 一 年 之 異 常 事 件 做 比 較, 檢 視 其 結 果, 發 現 確 實 有 效 降 低 系 統 風 險 危 害 的 等 級 此 方 法 將 可 提 供 後 續 擴 廠 的 借 鏡 與 方 針, 以 提 供 此 區 作 業 人 員 安 全 的 工 作 環 境 關 鍵 字 : 半 導 體 異 常 事 故 風 險 評 估 Local Scrubber HazOp -i-
The Risk Assessment And The Improvement For Abnormal Events Of The Local Scrubber System In A Semiconductor Foundry Student: Sheng-Chi Chang Chen Advisor: Dr. Chun-sung Submitted to Degree Program of Industrial Safety and Risk management College of Engineering National Chiao Tung University Abstract High-tech industry has been viewed as the lead industry in Taiwan. The semiconductor industry is also an indicator of current economic development and is listed as Two Trillion and Twin Star Industries Development Plan by Executive Yuan. The output value of the semiconductor industry in Taiwan is estimated to 1.7 trillions and will hit the all-time high in 2008. However, the environment protection has been awakened and the problem on flare gas or waste liquid derived from the production process of semi-conductor has been taken seriously along with the issue on global warming. The local scrubber equipment is one of the important parts of the production process. There have been many researches on the processing efficiency other than the risk assessment of the local scrubber equipment. Accordingly, this research is sampling on the abnormal events of local scrubber in some foundry to examine the safe design of the equipment and to reduce the condition of the damage. We made the initial evaluation with regard to the damage and found out the relative degree of the damage for each unit. The result showed that the identity of the local scrubber and its piping were under relative high risk of damage. For high potential risk of damage, we used Hazard And Operation Study to analyze the damage factors and focus on the - ii -
issue on improvement, especially on action plan of engineering control. Finally, we compared the abnormal events occurred during the year when the action plan is implemented with last year when no action plan was carried out. Then it was resulted that action plan was actually efficiently reduced the degree of the damage for the system risk. This method can be carried into effect for further expansion and to provide a safe environment for the operators. Key words:semiconductor Abnormal Events Risk Assessment Local Scrubber HazOp - iii -
致 謝 工 作 幾 年 後 重 拾 書 本, 回 到 校 園 接 受 學 術 的 洗 禮, 終 於 到 了 最 後 的 階 段, 順 利 地 完 成 了 論 文 的 撰 寫 回 想 剛 考 上 的 當 初, 本 想 藉 著 考 上 的 氣 勢 趁 勝 追 擊, 一 股 作 氣 先 行 把 論 文 完 成, 但 是 每 每 夜 晚 坐 在 電 腦 桌 前, 腦 中 卻 沒 有 任 何 靈 感, 亦 完 全 不 知 從 何 開 始 下 筆 這 才 發 現, 有 衝 勁, 不 代 表 有 能 力! 沒 有 接 受 過 論 文 撰 寫 技 巧 及 專 業 的 知 識 獲 取, 是 無 法 完 成 好 的 著 作! 經 過 一 年 半 載 的 扎 根 訓 練, 並 在 陳 老 師 一 步 步 的 耐 心 教 導 與 提 攜 下, 讓 我 在 撰 寫 的 技 能 上 獲 益 良 多, 此 論 文 才 得 以 如 期 完 成 心 中 之 澎 湃, 是 無 法 以 言 語 形 容! 所 以, 最 先 要 感 謝 的 人 當 然 是 我 的 指 導 教 授 陳 春 盛 老 師 接 著 感 謝 與 我 一 起 Meeting 的 好 同 學 麒 元 及 兩 位 可 愛 的 學 妹 文 慈 及 雁 亭, 要 不 是 大 伙 的 相 互 督 促 與 扶 持, 才 讓 我 有 毅 力 跟 著 大 家 的 腳 步 一 起 堅 持 到 最 後 另 外, 還 要 謝 謝 在 我 這 段 承 受 壓 力 的 辛 苦 日 子 裡, 提 供 我 週 遭 生 活 無 慮 及 心 靈 導 師 的 父 母 親 最 後 則 是 這 求 學 期 間, 給 予 我 精 神 上 的 最 大 支 柱, 我 的 女 友 小 雲! 謝 謝 妳 的 鼓 勵 與 體 諒 我 這 段 時 間 的 忙 碌, 而 忽 略 了 原 本 該 陪 伴 妳 的 時 光! 與 驕 傲! 以 此 論 文 獻 給 所 有 要 感 謝 的 人, 希 望 我 的 努 力, 能 夠 讓 你 們 感 到 欣 慰 張 勝 祈 謹 致 中 華 民 國 97 年 6 月 17 日 卯 時 - iv -
中 文 提 要 英 文 提 要 誌 謝 目 錄 表 目 錄 圖 目 錄 目 第 一 章 緒 論 1 1.1 研 究 背 景 與 動 機 1 1.2 研 究 目 的 2 1.3 預 期 成 果 3 1.4 研 究 範 圍 與 流 程 4 第 二 章 文 獻 回 顧 7 2.1 半 導 體 產 業 概 述 7 2.1.1 我 國 半 導 體 產 業 現 況 7 2.1.2 半 導 體 產 業 製 程 簡 介 8 2.1.3 半 導 體 製 程 氣 體 與 尾 氣 危 害 特 性 15 2.2 半 導 體 製 程 尾 氣 減 量 控 制 技 術 21 2.2.1 管 末 削 減 處 理 設 備 24 第 三 章 風 險 評 估 方 法 與 改 良 42 3.1 風 險 及 風 險 評 估 之 定 義 42 3.2 風 險 分 析 技 術 之 選 擇 44 3.2.1 假 如 分 析 法 / 腦 力 激 盪 46 3.2.2 查 核 表 48 3.2.3 工 作 安 全 分 析 49 3.2.4 初 步 危 害 分 析 49 3.2.5 危 害 與 可 操 作 性 分 析 49 3.2.6 失 誤 模 式 與 影 響 分 析 - v - 錄. i ii iv v vi vi i 51
3.2.7 故 障 樹 分 析 53 3.3 事 故 頻 率 與 嚴 重 度 分 析 表 55 3.4 改 良 前 後 之 評 估 方 式 比 較 57 3.5 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 風 險 評 估 59 第 四 章 案 例 分 析 與 改 善 實 例 61 4.1 Scrubber Parts 腐 蝕 / 損 壞 之 HazOp 分 析 表 61 4.1.1 Scrubber Parts 腐 蝕 / 損 壞 改 善 實 例 65 4.2 Exhaust 結 晶 / 阻 塞 之 HazOp 分 析 表 70 4.2.1 Exhaust 結 晶 / 阻 塞 之 改 善 實 例 75 4.3 加 熱 帶 燒 毀 之 HazOp 分 析 表 81 4.3.1 加 熱 帶 燒 毀 改 善 實 例 83 第 五 章 結 論 與 建 議 87 5.1 結 論 87 5.2 建 議 90 參 考 文 獻 91 附 錄 一 該 晶 圓 廠 異 常 事 故 表 單 範 本 93 附 錄 一 物 質 安 全 資 料 表 MSDS 十 六 大 項 摘 要 說 明 94 附 錄 三 該 晶 圓 廠 使 用 之 氣 體 標 示 與 特 性 95 - vi -
表 目 錄 表 1-1 半 導 體 廠 排 氣 體 種 類 及 製 程 來 源 2 表 1-2 半 導 體 製 造 業 空 氣 污 染 管 制 及 排 放 標 準 3 表 1-3 安 全 監 控 系 統 異 常 事 故 年 度 分 布 統 計 表 5 表 1-4 氣 體 偵 測 系 統 異 常 事 故 來 源 分 佈 表 5 表 2-1 VLSI DRAM 環 境 要 求 11 表 2-2 半 導 體 PFCs 製 程 氣 體 與 尾 氣 對 照 表 18 表 2-3 半 導 體 製 程 中 常 用 之 PFCs 19 表 2-4 台 灣 半 導 體 產 業 PFCs 使 用 量 和 WSC 統 計 資 料 20 表 2-5 竹 科 某 晶 圓 廠 之 製 程 尾 氣 區 域 處 理 系 統 設 備 25 表 2-6 各 類 型 管 末 削 減 技 術 優 缺 點 比 較 36 表 2-7 乾 式 吸 附 式 各 機 型 規 格 比 較 37 表 2-8 燃 燒 水 洗 式 各 機 型 規 格 比 較 39 表 2-9 電 熱 水 洗 式 Local Scrubber 比 較 表 40 表 3-1 各 種 評 估 方 式 使 用 時 機 45 表 3-2 Local Scrubber PM 作 業 安 全 觀 察 查 核 表 48 表 3-3 FMEA 分 析 表 52 表 3-4 建 立 故 障 樹 時 所 使 用 符 號 與 名 詞 說 明 54 表 3-5 可 能 性 等 級 區 分 55 表 3-6 嚴 重 性 等 級 區 分 56 表 3-7 風 險 等 級 區 分 56 表 3-8 改 善 建 議 執 行 原 則 56 表 3-9 事 故 頻 率 等 級 區 分 與 本 案 例 分 析 比 較 表 57 表 3-10 本 案 例 嚴 重 性 等 級 區 分 58 表 3-11 本 案 例 改 善 建 議 執 行 原 則 58 表 3-12 製 程 尾 氣 區 域 處 理 系 統 設 備 風 險 評 估 分 析 結 果 60 表 4-1 Heating Jacket 改 善 前 改 善 後 差 異 比 較 表 61 - vii -
表 5-1 96 年 度 Local Scrubber 改 善 後 風 險 矩 陣 分 析 表 87 表 5-2 異 常 事 件 95 96 年 度 統 計 表 87 - viii -
圖 目 錄 圖 1-1 研 究 流 程 圖 6 圖 2-1 半 導 體 產 業 製 造 流 程 圖 9 圖 2-2 矽 晶 圓 的 製 造 10 圖 2-3 晶 圓 積 體 電 路 製 程 四 大 模 組 11 圖 2-4 黃 光 製 程 流 程 圖 12 圖 2-5 等 向 性 及 非 等 向 性 蝕 刻 13 圖 2-6 晶 圓 廠 特 殊 氣 體 供 應 及 排 放 流 程 圖 17 圖 2-7 TSIA PFCs 排 放 減 量 目 標 值 設 定 原 則 20 圖 2-8 PFCs 氣 體 製 程 減 量 方 法 21 圖 2-9 PFCs 排 放 減 量 活 動 - 替 代 化 學 品 22 圖 2-10 製 程 尾 氣 管 末 削 減 處 理 技 術 流 程 圖 24 圖 2-11 乾 式 吸 附 劑 使 用 情 形 26 圖 2-12 乾 式 吸 附 式 -CLEAN-S Z-13 27 圖 2-13 CDO-863 構 造 圖 28 圖 2-14 ECS-2250 電 熱 水 洗 Chamber 29 圖 2-15 電 熱 水 洗 式 - ECS2250 電 熱 腔 室 及 洗 滌 塔 外 觀 圖 29 圖 2-16 燃 燒 水 洗 Local Scrubber 30 圖 2-17 TPU 燃 燒 腔 室 及 多 孔 透 氣 性 燃 燒 室 壁 31 圖 2-18 TPU 燃 燒 水 洗 式 Scrubber 填 充 式 拉 希 環 洗 滌 塔 31 圖 2-19 Unisem-UN2004A 架 構 圖 32 圖 2-20 觸 媒 分 解 方 式 33 圖 2-21 觸 媒 氧 化 式 Scrubber 外 觀 33 圖 2-22 電 漿 Scrubber 破 壞 技 術 方 法 34 圖 2-23 Edwards-Zenith Local Scrubber 外 觀 圖 35 圖 3-1 風 險 評 估 模 式 及 流 程 圖 43 圖 3-2 風 險 評 估 方 法 之 適 用 性 分 析 44 - ix -
圖 3-3 製 程 危 害 評 估 方 法 選 擇 46 圖 3-4 HazOp 分 析 程 序 51 圖 4-1 單 層 316 SUS 設 計 之 Quench 65 圖 4-2 改 善 後 之 雙 層 316 SUS Quench 66 圖 4-3 原 設 計 之 Water Mill 66 圖 4-4 新 設 計 之 Cooling Tank 67 圖 4-5 原 設 計 之 Buffer Tank 67 圖 4-6 Scrubber 本 身 之 Damper 68 圖 4-7 Drain Tank 增 加 Vent Piping 改 善 圖 69 圖 4-8 Cyclone Damage 照 片 圖 69 圖 4-9 Exhaust Flange 及 Clamp 結 晶 腐 蝕 狀 況 75 圖 4-10 Acid Exhaust 積 水 問 題 及 水 封 改 善 照 76 圖 4-11 原 管 路 位 置 已 拆 除, 移 至 右 下 圖 中 位 置 77 圖 4-12 Unisem Scrubber 水 氣 改 善 圖 例 78 圖 4-13 Hydro Cyclone 取 代 原 先 的 WRU module 照 片 79 圖 4-14 Service Module 取 代 原 先 WRU Module 圖 79 圖 4-15 WESP 靜 電 處 理 系 統 構 造 圖 80 圖 4-16 加 熱 帶 燒 毀 之 異 常 事 故 照 片 83 圖 4-17 主 電 線 過 熱 造 成 電 線 走 火 照 84 圖 4-18 溫 控 器 內 SSR 遭 電 流 過 大 而 擊 穿 電 線 且 過 熱 照 片 84 圖 4-19 溫 度 控 制 器 與 布 包 間 採 通 風 設 計 圖 例 85 圖 4-20 整 場 運 轉 監 控 系 統 圖 例 85 圖 5-1 95 年 度 與 96 年 度 異 常 統 計 比 較 圖 88 圖 5-2 SUS 與 FRP 材 質 之 Exhaust 結 晶 狀 況 88 - x -
第 一 章 緒 論 1.1 研 究 背 景 與 動 機 由 於 產 業 政 策 的 轉 型, 半 導 體 產 業 新 的 製 程 產 品 不 斷 的 被 開 發, 新 的 設 備 需 求 不 斷 的 更 新 下, 晶 圓 廠 也 由 以 前 的 8 吋 廠 持 續 發 展 至 現 今 的 12 吋 廠, 台 灣 已 是 全 球 晶 圓 廠 密 度 最 高 的 地 區, 在 全 球 的 晶 圓 供 應 鏈 上 扮 演 舉 足 輕 重 的 角 色 我 國 半 導 體 產 業 可 以 說 是 起 步 稍 晚, 但 進 步 的 速 度 卻 飛 快, 已 直 逼 先 進 國 家 水 平, 然 而 在 工 業 安 全 的 議 題 上 則 尚 待 加 強 與 努 力 近 年 來 隨 著 社 會 的 變 遷 及 國 民 生 活 的 改 善, 已 到 達 不 容 許 有 重 大 災 害 事 故 的 發 生 來 影 響 經 濟 水 準 的 提 升, 故 半 導 體 產 業 的 工 安 問 題 已 是 不 容 忽 視 的 問 題, 再 者 全 球 暖 化 的 問 題 日 趨 嚴 重, 使 得 環 保 意 識 逐 漸 高 漲, 由 於 半 導 體 製 程 製 造 技 術 愈 趨 複 雜, 所 潛 在 的 環 境 破 壞 與 職 業 災 害 也 越 來 越 不 能 被 輕 忽 以 晶 圓 廠 為 例, 製 程 中 使 用 到 的 化 學 物 質 種 類 繁 多, 所 用 到 的 原 物 料 或 副 產 物 含 有 多 種 有 害 性 氣 體 ( 表 1-1), 其 中 包 括 多 種 特 殊 金 屬 與 氫 化 物 如 SIH4 WF6 等 物 質 ; 同 時 為 了 保 持 機 台 的 溫 度 控 制 抗 化 學 反 應 的 潤 滑 與 特 殊 需 求, 也 會 使 用 較 高 分 子 的 PFCs 等 溫 室 氣 體 這 些 有 害 性 氣 體 及 全 氟 化 合 物, 有 很 多 是 具 有 兩 項 以 上 之 特 性, 如 酸 鹼 性 氣 體, 一 般 而 言 亦 同 時 具 有 毒 性 ; 又 如 PH3 則 具 有 腐 蝕 性 和 毒 性 外, 亦 具 有 可 燃 性, 且 對 環 境 及 人 體 的 危 害 相 當 大 依 據 高 壓 氣 體 勞 工 安 全 規 則 第 四 條 之 規 定 爆 炸 下 限 在 百 分 之 十 以 下 或 爆 炸 上 限 與 下 限 之 差 在 百 分 之 二 十 以 上 之 氣 體, 在 半 導 體 廠 使 用 的 有 :AsH3 B2H6 SiH4 SiH2Cl2 Si2H6 SiHCl3 GeH4 PH3 NH3 H2 H2Se H2S 等 ; 依 據 高 壓 氣 體 勞 工 安 全 規 則 第 六 條 之 規 定 容 許 濃 度 在 百 萬 分 之 二 百 以 下 之 毒 性 氣 體 在 半 導 體 使 用 者 有 :AsH3 AsCl3 B2H6 BF3 CL2 SiH4 SiF4 NH3 CCl4 HBr HF PCl3 POCL3 GeH4 PF3 HCl PH3 H2Se H2S 等 1 這 些 製 程 後 殘 存 的 氣 體 如 果 於 管 線 中 反 應, 輕 者 可 能 造 成 風 管 堵 塞 管 路 腐 蝕 等 問 題, 嚴 重 者 甚 至 發 生 洩 漏 及 火 災 爆 炸, 停 止 生 產 的 後 果 - 1 -
製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 (Local Scrubber) 設 置 之 目 的, 就 是 為 了 處 理 諸 如 此 類 的 有 害 性 氣 體, 讓 其 在 無 塵 室 機 台 端 (POU) 反 應 被 排 放 出 後, 即 由 真 空 Pump 抽 至 Local Scrubber 做 處 理, 避 免 在 冗 長 的 排 氣 過 程 中 引 發 非 預 期 的 氣 體 洩 漏, 局 部 聚 積 或 相 互 反 應 待 處 理 過 後 的 氣 體 再 接 續 至 廠 務 端 做 第 二 道 處 置, 以 減 少 廠 務 端 汙 染 物 處 理 上 的 負 荷, 達 到 表 1-2 環 保 署 對 半 導 體 業 空 氣 污 染 管 制 及 排 放 的 標 準 倘 若 其 一 旦 有 故 障 進 而 發 生 洩 漏 的 問 題, 很 可 能 會 導 致 各 種 危 害 如 火 災 爆 炸 人 員 中 毒 環 境 破 壞 等 傷 害, 嚴 重 時 更 可 能 造 成 人 員 傷 亡 或 生 產 中 斷 等 巨 大 損 失, 所 以 國 內 各 晶 圓 廠 莫 不 藉 由 各 種 管 理 方 式, 來 達 到 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 的 危 害 控 制 表 1-1 半 導 體 廠 排 氣 體 種 類 及 製 程 來 源 廢 氣 種 類 污 染 物 成 份 污 染 源 酸 鹼 廢 氣 有 機 溶 劑 廢 氣 毒 性 氣 體 酸 氣 :HF HCl HNO 3 H 2 SO 4 CH 3 COOH H 3 PO 4 H 2 Cr 2 O 7 鹼 氣 :NH 3 NaOH 二 氯 甲 烷 (CH 2 Cl 2 ) 氯 仿 (CHCl 3 ) 丁 峒 甲 苯 乙 苯 丙 酮 苯 二 甲 苯 4- 甲 基 -2 戉 酮 [(CH 3 ) 2 CHCH 2 COCH 3 ] 乙 酸 丁 酯 三 氯 乙 烷 異 丙 醇 四 甲 基 胺 氯 醛 四 氯 乙 烯 乙 基 苯 亞 甲 基 二 氯 丁 基 苯 Trans-1,2-Dichloroethene AsH 3 PH 3 SiH 4 B 2 H 4 B 4 H 10 P 2 O 5 SiF 4 CCl 4 HBr BF 3 AlCl 3 B 2 O 5 As 2 O 3 BCl 3 POCl 3 Cl 2 HCN SiH 2 Cl 2 氧 化 光 罩 蝕 刻 反 應 爐 ( 氧 化 爐 擴 散 ) 之 清 洗 CVD 光 阻 液 清 洗 顯 像 液 清 除 蝕 刻 液 清 除 晶 圓 清 洗 氧 化 光 罩 蝕 刻 擴 散 CVD 離 子 植 入 燃 燒 性 氣 體 SiH 4 AsH 3 PH 3 BF 3 H 2 SiH 2 Cl 2 離 子 植 入 CVD 擴 散 1.2 研 究 目 的 環 顧 國 內 相 關 論 文, 均 是 對 其 處 理 效 率 的 探 討, 但 並 未 有 對 其 之 安 全 效 能 評 估 的 相 關 研 究, 遂 本 文 將 選 擇 適 當 之 風 險 評 估 技 術, 建 立 日 後 針 對 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 做 具 體 可 行 之 風 險 評 估, 並 經 眾 人 以 腦 力 激 盪 來 擬 定 改 善 對 策, 以 降 低 風 險 並 提 升 其 機 台 之 安 全 效 能 本 研 究 是 利 用 風 險 評 估 的 方 式, 以 半 導 體 業 晶 圓 廠 的 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 為 例, 探 討 氣 體 管 件 機 台 本 體 設 備 的 故 障 以 及 人 為 的 錯 誤 操 作 等, 使 用 HazOp 風 險 評 估 法 加 以 分 析, 了 解 所 存 在 之 風 險, 並 加 改 善, 減 少 異 常 事 件 的 發 生 次 數 - 2 -
1.3 預 期 成 果 異 常 事 件 的 發 生 與 產 業 的 穩 定 性 及 作 業 人 員 安 危 息 息 相 關, 本 文 之 研 究 目 的 及 預 期 成 果 可 歸 納 成 下 列 四 項 : 1. 將 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 的 異 常 事 故 的 資 料 收 集 與 分 析, 並 對 危 害 的 預 防 以 及 提 出 改 善 對 策, 達 到 晶 圓 廠 防 災 減 害 之 貢 獻 2. 發 展 半 導 體 產 業 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 適 當 之 風 險 評 估 工 具, 並 將 執 行 的 經 驗, 傳 承 為 日 後 廠 內 的 相 關 評 估 方 式, 並 根 據 風 險 評 估 後 的 資 料, 檢 討 該 廠 內 之 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 是 否 符 合 廠 內 之 要 求 3. 建 立 廠 商 及 新 進 作 業 人 員 於 機 台 操 作 時 能 清 楚 了 解 所 需 的 防 護 措 施 及 危 害 等 級 的 區 分 亦 可 提 供 日 後 該 廠 於 園 區 三 五 路 新 建 廠 房 的 參 考 指 標 4. 參 與 本 研 究 之 工 作 同 仁, 預 期 可 藉 著 此 次 研 究 相 關 工 安 之 事 件 的 認 知, 並 藉 著 教 育 訓 練, 可 提 供 後 續 擴 廠 的 借 鏡 與 方 針 表 1-2 半 導 體 製 造 業 空 氣 污 染 管 制 及 排 放 標 準 空 氣 污 染 物 揮 發 性 有 機 性 三 氯 乙 烯 硝 酸 鹽 酸 磷 酸 及 氫 氟 酸 硫 酸 排 放 標 準 排 放 削 減 率 應 大 於 90% 或 工 廠 總 排 放 量 應 <0.6kg/hr( 以 甲 烷 為 計 算 基 準 ) 排 放 削 減 率 應 大 於 90% 或 工 廠 總 排 放 量 應 <0.02kg/hr 各 污 染 物 排 放 削 減 率 應 大 於 90% 或 各 污 染 物 工 廠 總 排 放 量 應 <0.6kg/hr 排 放 削 減 率 應 大 於 95% 或 工 廠 總 排 放 量 應 <0.1kg/hr 資 料 來 源 : 行 政 院 環 保 署 - 3 -
1.4 研 究 範 圍 與 流 程 本 研 究 對 象 於 1994 年 成 立 於 新 竹 科 學 園 區, 目 前 擁 有 三 座 12 吋 晶 圓 製 造 廠 及 一 座 8 吋 晶 圓 代 工 廠, 另 於 2006 年 與 日 商 爾 必 達 (Elpida) 於 台 中 科 學 園 區 合 資 成 立 一 座 全 球 最 大 12 吋 晶 圓 製 造 廠, 並 於 2008 年 底 規 劃 興 建 第 四 及 第 五 座 12 吋 晶 圓 製 造 廠 其 業 務 範 圍 涵 蓋 動 態 隨 機 存 取 記 憶 體 製 造 及 晶 圓 代 工 兩 大 類 別, 其 DRAM 製 程 技 術 可 達 到 70 奈 米, 並 朝 向 58 奈 米 目 標 前 進 本 文 以 該 半 導 體 廠 風 險 控 制 部 門 的 安 全 監 控 系 統 為 範 圍, 將 2003 至 2006 四 年 間 之 異 常 事 故 紀 錄 為 樣 本 加 以 整 理, 以 統 計 異 常 事 故 資 料 分 布 的 情 形, 由 統 計 結 果 顯 示, 氣 體 偵 測 器 發 報 之 異 常 事 故 為 最 大 宗 ( 如 表 1-3), 占 全 體 異 常 事 故 之 46% 再 將 氣 體 偵 測 器 發 報 事 件 統 計 結 果 逐 一 篩 選 發 現, 製 程 尾 氣 中 的 區 域 洗 滌 設 備 (Local Scrubber) 為 本 廠 異 常 事 件 發 生 頻 率 最 多, 占 所 有 氣 體 偵 測 器 發 報 總 數 的 41% ( 如 表 1-4) 先 將 異 常 事 件 最 多 的 製 程 尾 氣 區 域 處 理 設 備 做 初 步 危 害 風 險 評 估, 將 機 台 作 出 危 害 指 數 高 低 等 級, 待 篩 選 出 危 害 等 級 較 嚴 重 之 項 目, 再 遴 選 出 相 關 之 製 程 設 備 廠 務 人 員 以 及 設 備 廠 商, 並 與 該 廠 資 深 工 安 衛 人 員, 共 同 參 與 討 論 進 行 細 部 危 害 與 可 操 作 分 析, 分 析 出 其 機 台 設 備 的 危 害 可 能 原 因 與 可 能 造 成 的 後 果, 相 關 之 防 護 措 施 並 提 出 改 善 建 議, 於 歲 休 時 適 當 時 機 進 行 改 善 方 案, 達 到 降 低 風 險 等 級 的 目 標 - 4 -
表 1-3 安 全 監 控 系 統 異 常 事 故 年 度 分 布 統 計 表 System 2003 2004 2005 2006 總 計 百 分 比 火 災 警 報 系 統 21 27 23 26 97 13% 化 學 漏 液 偵 測 系 統 45 50 61 75 231 30% 氣 體 偵 測 系 統 69 84 91 108 352 46% 極 早 期 偵 煙 系 統 (VESDA) 21 29 21 16 87 11% 總 計 156 190 196 225 767 100% 百 分 比 20% 25% 26% 29% 100% 安 全 監 控 系 統 偵 測 發 生 異 常 事 故 分 佈 特 性 如 下 : 異 常 事 故 年 度 分 佈 圖 火 災 警 報 系 統 100 50 0 2003 2004 2005 2006 化 學 漏 液 偵 測 系 統 氣 體 偵 測 系 統 極 早 期 偵 煙 系 統 (VESDA) 表 1-4 氣 體 偵 測 系 統 異 常 事 故 來 源 分 佈 表 Gas Supply System 氣 瓶 櫃 緊 急 除 害 裝 置 分 歧 閥 箱 調 節 箱 P.O.U 區 域 除 害 裝 置 中 央 除 害 裝 置 總 計 人 為 造 成 5 1 2 7 26 38 2 81 Exhaust Piping 造 成 1 0 0 2 11 22 6 42 偵 測 器 異 常 / 干 擾 15 4 17 21 42 43 4 146 閥 件 故 障 2 1 2 1 10 26 1 43 其 他 4 1 3 3 13 13 3 40 總 計 27 7 24 34 102 142 16 352 百 分 比 8% 2% 7% 10% 29% 40% 5% 100% 氣 體 偵 測 系 統 異 常 事 故 來 源 分 佈 特 性 如 下 : 異 常 事 故 原 因 分 佈 圖 氣 瓶 櫃 緊 急 除 害 裝 置 分 歧 閥 箱 調 節 箱 P.O.U 區 域 除 害 裝 置 中 央 除 害 裝 置 - 5 -
本 論 文 的 研 究 流 程 請 參 閱 圖 1-1 異 常 事 故 統 計 確 立 研 究 主 題 相 關 文 獻 搜 集 量 化 風 險 等 級 鑑 別 高 風 險 單 元 危 害 與 可 操 作 性 分 析 問 題 解 決 否 是 結 論 與 建 議 圖 1-1 研 究 流 程 圖 - 6 -
第 二 章 文 獻 回 顧 2.1 半 導 體 產 業 概 述 半 導 體 產 業 是 集 合 電 子 電 機 光 學 物 理 化 學 機 械 及 材 料 科 技 之 整 合 產 業, 亦 是 電 子 工 業 的 上 游 技 術 產 業, 因 此, 一 國 半 導 體 產 業 之 盛 衰, 代 表 其 電 子 產 業 興 盛 與 否, 半 導 體 產 業 強 大 者, 即 表 示 其 電 子 產 品 也 立 於 不 敗 之 地 半 導 體 產 業 是 高 技 術 密 集 及 高 資 本 密 集 的 產 業, 故 半 導 體 技 術 能 力, 也 展 現 了 一 個 國 家 在 科 技 產 業 上 之 地 位 ; 這 就 是 為 什 麼 美 日 韓 及 歐 洲 工 業 化 國 家 各 國 政 府 每 年 均 大 幅 支 援 其 國 內 半 導 體 產 業 研 發, 將 其 列 為 優 先 發 展 產 業 主 要 原 因 2 2.1.1 我 國 半 導 體 產 業 現 況 近 幾 年 來, 我 國 半 導 體 產 業 在 完 整 的 專 業 分 工 體 系 的 有 效 運 作, 輔 以 12 吋 晶 圓 廠 產 能 及 成 本 效 益 發 酵 等 助 力 推 進 下, 使 得 我 國 2007 年 半 導 體 產 業 整 體 產 值 預 計 可 達 新 台 幣 15.5 兆 元 以 上 的 新 高 水 準, 並 在 晶 圓 代 工 及 封 裝 業 的 產 值 維 持 全 球 排 名 第 一 面 對 當 前 全 球 半 導 體 產 業 的 快 速 變 動 與 激 烈 競 爭, 廠 商 若 能 掌 握 成 本 優 勢, 就 可 有 效 提 升 本 身 的 市 場 競 爭 力 以 DRAM 製 造 廠 商 為 例, 擁 有 較 高 比 重 12 吋 晶 圓 廠 之 DRAM 業 者 即 因 產 品 單 位 成 本 的 降 低, 而 有 較 高 之 獲 利 能 力 我 國 DRAM 大 廠 如 力 晶 半 導 體 (PSC) 茂 德 科 技 (ProMOS) 之 產 品 採 用 12 吋 廠 的 比 重 均 高 於 國 際 DRAM 大 廠 - 海 力 士 (Hynix) 美 光 (Micron) 等, 使 我 國 廠 商 在 市 場 上 的 競 爭 力 更 加 提 升 因 此,12 吋 晶 圓 廠 的 建 置, 遂 已 成 為 當 前 全 球 半 導 體 製 造 廠 商 提 升 競 爭 優 勢 之 重 要 發 展 策 略 而 政 府 在 近 幾 年, 也 大 力 推 動 12 吋 晶 圓 廠 之 建 置, 協 助 廠 商 排 除 投 資 障 礙 ( 如 土 地 水 電 等 基 礎 建 設 的 提 供 ), 以 鼓 勵 國 內 外 廠 商 持 續 在 台 投 資 例 如, 為 滿 足 國 內 半 導 體 廠 商 之 投 資 需 求, 於 2007 年 底 協 助 解 決 竹 科 園 區 三 五 路 的 土 地 徵 收 案, 以 促 成 台 積 電 (TSMC) 力 晶 (PSC) 及 世 界 先 進 (Vanguard), 得 以 順 利 取 得 建 廠 用 地 展 望 未 來, 在 所 有 建 置 及 規 劃 中 之 12 吋 晶 圓 廠 產 能 陸 續 到 位 後, 我 國 將 可 望 成 為 全 球 12 吋 晶 圓 廠 產 能 最 大 - 7 -
之 國 家, 若 再 結 合 國 內 廠 商 成 本 控 制 與 製 程 管 理 等 產 業 優 勢, 必 能 有 效 提 升 我 國 半 導 體 產 業 因 應 競 爭 日 趨 嚴 峻 之 全 球 市 場 的 競 爭 優 勢 相 對 於 前 述 之 代 工 及 製 造 能 力 外, 國 內 半 導 體 產 業 在 研 發 支 出 上, 尚 且 落 後 全 球 先 進 國 家 或 大 廠 許 多, 可 是 在 資 本 支 出 方 面, 卻 領 先 全 球, 因 此, 我 們 可 清 楚 的 發 現 到, 我 們 的 競 爭 優 勢 存 在 於 成 本 結 構, 製 程 技 術 與 良 率 穩 定 度, 與 製 造 能 力 有 關 的 項 目 上, 而 這 些 領 域, 都 是 因 為 我 們 不 斷 大 手 筆 投 注 在 資 本 支 出 下 的 結 果 反 觀 在 產 品 設 計 智 權 創 新 與 應 用 等 與 研 發 能 力 有 關 的 項 目 上, 我 們 就 相 對 落 後 許 多 在 此 情 形 下, 代 工 事 業 的 茁 壯, 乃 至 位 居 全 球 領 導 地 位, 而 自 有 產 品 的 發 展 卻 無 法 和 先 進 大 廠 競 爭, 只 能 走 利 基 產 品, 也 就 有 跡 可 尋 了 目 前 我 國 晶 圓 代 工 製 程 技 術 已 下 探 至 45 奈 米 製 程, 國 內 DRAM 廠 商 亦 已 導 入 70 奈 米 製 程, 未 來 將 朝 向 下 探 至 58 奈 米 製 程 為 目 標 在 全 球 半 導 體 產 業 庫 存 逐 步 調 整 之 際, 許 多 國 際 整 合 元 件 製 造 廠 (IDM) 已 經 開 始 進 行 資 產 輕 減 的 計 畫, 使 得 全 球 整 合 元 件 製 造 廠 趨 向 輕 晶 圓 廠 (fab-lite ) 經 營 策 略, 其 中, 包 括 德 儀 (TI) 已 將 45 奈 米 以 下 製 程 轉 與 台 積 電 聯 電 合 作, 恩 智 浦 (NXP) 意 法 半 導 體 (STMicroelectronics) 英 飛 凌 (Infineon) SONY 等 大 廠, 則 開 始 縮 減 產 能 擴 大 委 外 代 工 另 一 方 面, 鑑 於 終 端 產 品 對 於 高 效 能 與 節 能 的 需 求, 也 將 促 使 半 導 體 產 業 持 續 朝 向 製 程 微 縮 與 高 度 系 統 整 合 兩 大 技 術 趨 勢 發 展 台 灣 半 導 體 廠 商 如 能 充 分 運 用 我 國 人 才 管 理 優 勢, 掌 握 前 述 之 全 球 產 業 發 展 走 勢 的 商 機, 藉 以 強 化 與 美 日 歐 廠 商 的 聯 盟 關 係, 以 提 升 全 球 地 位 及 市 場 占 有 率, 如 此 將 為 我 國 半 導 體 產 業 發 展 注 入 一 股 新 的 成 長 動 能 3 2.1.2 半 導 體 產 業 製 程 簡 介 如 圖 2-1, 半 導 體 產 業 製 造 類 別 可 概 分 為 上 游 的 矽 晶 圓 製 造 程 序 中 游 的 積 體 電 路 製 造 程 序 下 游 的 IC 晶 片 構 裝 測 試 製 程 等 幾 個 步 驟 其 內 容 如 下 : - 8 -
砂 石 SiHCl 氧 晶 圓 初 成 品 晶 圓 成 品 矽 晶 圓 製 程 純 化 純 化 反 應 爐 中 提 煉 矽 多 晶 體 浮 帶 法 拉 升 法 矽 單 晶 體 積 體 電 路 製 程 氧 化 爐 ( 初 步 氧 化 ) 第 一 層 光 罩 (P 區 光 組 蝕 刻 清 洗 ) 擴 散 爐 ( 擴 散 離 子 植 入 ) 第 二 層 光 罩 ( 閘 區 及 接 點 區 光 阻 I C 晶 片 構 裝 製 程 晶 圓 切 割 晶 片 粘 著 連 線 打 著 封 膠 印 碼 切 削 打 磨 蝕 刻 清 洗 ) 去 筋 打 彎 矽 晶 錠 氧 化 爐 ( 閘 區 氧 化 ) 導 線 電 鍍 切 片 第 三 層 光 罩 浸 錫 晶 圓 棒 研 磨 ( 接 點 區 光 阻 蝕 刻 清 洗 ) 濺 鍍 機 ( 金 屬 覆 蓋 CVD) 清 洗 成 品 測 試 清 洗 測 試 晶 圓 初 成 品 第 四 層 光 罩 ( 接 點 區 光 阻 蝕 刻 清 洗 ) 晶 圓 成 品 包 裝 電 子 產 品 註 : 虛 線 表 示 視 晶 圓 功 能 需 要 行 多 次 循 環 處 理 圖 2-1 半 導 體 產 業 製 造 流 程 圖 資 料 來 源 : 工 安 衛 中 心 ITIS 調 查 報 告 ( 一 ) 矽 晶 圓 製 造 程 序 : 一 般 晶 圓 乃 是 指 矽 半 導 體 積 體 電 路 製 作 所 用 之 矽 晶 片, 由 於 其 形 狀 為 圓 形, 故 稱 為 晶 圓 ; 晶 圓 是 製 造 積 體 電 路 (Integrated Circuit, IC) 的 基 本 材 料, 通 常 是 由 矽 (Silicon, Si) 或 砷 化 鎵 (Gallium Arsenide, GaAs) 等 半 導 體 (Semiconductor) 所 組 成, 在 晶 圓 上 加 工 製 作 各 種 電 路 元 件 連 線 結 構, 後 即 可 成 為 有 特 定 電 性 功 能 之 IC 產 品 而 晶 圓 製 作 過 程 為, 先 將 矽 晶 圓 利 用 特 殊 的 拉 晶 (Crystal Pulling) 裝 置 將 熔 化 的 純 矽, 緩 慢 旋 轉 逐 漸 拉 升 冷 卻 以 獲 得 單 晶 (Crystal) 結 構 的 晶 棒 (Ingot), 如 圖 2-2 (a) 所 示 矽 晶 棒 再 經 過 研 磨 拋 光 切 片, 即 成 矽 晶 圓, 如 圖 2-2 (b) 所 示 矽 晶 圓 的 表 面 光 滑 明 亮 如 一 片 圓 鏡, 需 要 經 過 積 體 電 路 製 造 技 術 在 晶 圓 的 表 面 上 製 作 電 路 元 件, 才 能 成 為 可 用 的 積 體 電 路 - 9 -
(a) 拉 晶 (b) 晶 棒 (c) 晶 圓 圖 2-2 矽 晶 圓 的 製 造 ( 二 ) 積 體 電 路 製 造 程 序 : 4 積 體 電 路 製 程 之 主 要 工 作 為 在 矽 晶 圓 上 製 作 電 路 與 電 子 元 件 ( 如 電 晶 體 電 容 體 邏 輯 閘 等 ), 為 上 述 各 製 程 中 所 需 技 術 最 複 雜 且 資 金 投 入 最 多 的 過 程, 其 所 需 處 理 步 驟 可 達 數 百 道, 而 其 使 用 的 機 台 昂 貴, 密 集 且 更 新 替 換 迅 速, 其 所 需 製 造 的 環 境 為 一 溫 度 濕 度 與 含 塵 量 (Particle) 均 需 控 制 的 無 塵 室 (Clean-Room), 原 因 是 VLSI 集 積 度 越 高, 限 寬 越 小, 大 約 線 寬 十 分 之 一 的 塵 埃 即 會 對 產 品 的 良 率 產 生 影 響 以 DRAM 製 造 之 晶 圓 廠 為 例, 表 2-1 為 其 無 塵 室 潔 淨 度 之 要 求 - 10 -
表 2-1 VLSI DRAM 環 境 要 求 環 境 要 求 VLSI 集 積 度 最 小 線 寬 16k bit 5µm 64k bit 2µm 256k bit 1.5µm 1M bit 0.8µm 高 潔 淨 度 溫 溼 度 振 動 靜 電 0.3~0.5µm 21~25±0.5 o C 100 個 /ft 3 35~60%R.H. 0.3~0.5µm 10 個 /ft 3 21~25±0.2 o C 45±5%R.H. 0.3~0.5µm 21~25±0.1 o C 100 個 /ft 3 45±5%R.H. 0.3~0.5µm 21~25±0.1 o C 100 個 /ft 3 45±3%R.H. 以 全 周 數 帶 (3~100H Z ) 5~6µm 以 低 周 數 帶 (30H Z 以 下 ) 2µm 以 下 以 低 周 數 帶 (30H Z 以 下 ) 2µm 以 下 以 低 周 數 帶 (30H Z 以 下 ) 1µm 以 下 靜 電 中 和 靜 電 中 和 靜 電 中 和 雖 然 詳 細 的 處 理 程 序 是 隨 著 產 品 種 類 與 所 使 用 的 技 術 有 關, 不 過 其 基 本 處 理 步 驟 可 分 為 下 列 四 大 製 程 模 組 ( 圖 2-3) 黃 光 Photo 擴 散 Diffusion 蝕 刻 Etch 薄 膜 Thin/Film 圖 2-3 晶 圓 積 體 電 路 製 程 四 大 模 組 - 11 -
1. 黃 光 製 程 光 學 顯 影 是 將 IC 設 計 圖 形 轉 換 至 矽 晶 上 的 重 要 步 驟 光 學 顯 影 主 要 步 驟 包 括 光 阻 塗 佈 烘 烤 光 罩 對 準 曝 光 及 顯 影 等 程 序 如 圖 2-4 所 示, 一 般 來 說, 在 光 阻 經 過 了 曝 光 及 顯 影 程 序 之 後, 便 可 將 IC 設 計 轉 換 至 矽 晶 上, 而 光 學 顯 影 便 是 在 這 個 時 候, 將 光 罩 上 的 IC 設 計 圖 形 轉 換 到 光 阻 下 的 薄 膜 層 或 矽 晶 上, 使 矽 晶 成 為 可 用 IC 同 時 由 於 此 階 段 製 程 均 採 用 黃 色 燈 光 作 為 照 明, 因 此 此 項 步 驟 又 稱 之 為 黃 光 去 水 烘 塗 底 光 阻 覆 蓋 曝 光 後 烘 對 準 / 曝 光 曝 光 前 烘 顯 影 硬 烤 QX/ADI/SEM CD 檢 完 光 阻 去 蝕 刻 或 離 子 植 入 圖 2-4 黃 光 製 程 流 程 圖 2. 蝕 刻 製 程 在 半 導 體 製 程 中, 蝕 刻 (Etch) 被 用 來 將 某 種 材 質 自 晶 圓 表 面 上 移 除 蝕 刻 技 術 可 以 分 為 濕 蝕 刻 (Wet Etching) 及 乾 蝕 刻 (Dry Etching) 兩 類 在 濕 蝕 刻 中 是 使 用 化 學 溶 液, 經 由 化 學 反 應 以 達 到 蝕 刻 的 目 的, 而 乾 蝕 刻 通 常 是 一 種 電 漿 蝕 刻 (Plasma Etching), 電 漿 蝕 刻 中 的 蝕 刻 的 作 用, 可 能 是 電 漿 中 離 子 撞 擊 晶 片 表 面 的 物 理 作 用, 或 者 可 能 是 電 漿 中 活 性 自 由 基 (Radical) 與 晶 片 表 面 原 子 間 的 化 學 反 應, 甚 至 也 可 能 是 這 兩 者 的 複 合 作 用 - 12 -
乾 蝕 刻 是 以 氣 體 作 為 主 要 蝕 刻 媒 介, 使 氣 體 在 電 場 中 解 離, 產 生 具 有 反 應 及 方 向 性 的 離 子 a. 濺 擊 蝕 刻 (Sputtering Etch), 具 備 極 佳 的 非 等 向 性, 圖 2-5 b. 電 漿 蝕 刻 (Plasma Etching), 具 備 極 佳 的 選 擇 性 c. 反 應 式 離 子 蝕 刻 法 (Reactive Ion Etch), 此 為 同 時 具 備 高 選 擇 性 及 非 等 向 性 之 蝕 刻 法 濕 蝕 刻 為 最 早 被 使 用 的 蝕 刻 技 術 利 用 薄 膜 與 特 定 溶 液 間 所 進 行 的 化 學 反 應, 來 除 去 未 被 光 阻 覆 蓋 薄 膜 其 優 點 為 製 程 單 純, 速 度 快 缺 點 則 為 只 有 等 向 性 蝕 刻 1. 等 向 性 蝕 刻 2. 非 等 向 性 蝕 刻 圖 2-5 等 向 性 及 非 等 向 性 蝕 刻 3. 擴 散 製 程 為 一 種 描 述 一 材 料 移 入 另 一 材 料 的 基 本 特 性 問 題, 擴 散 之 發 生 係 從 相 對 高 濃 度 區 進 入 到 低 濃 度 區, 其 係 由 於 原 子 分 子 或 離 子 間 的 運 動 而 引 起 者 在 半 導 體 製 程 中, 高 溫 擴 散 係 被 用 以 說 明 掺 質 移 入 矽 晶 格 的 機 制, 擴 散 能 以 氣 態 固 態 或 液 態 的 方 式 發 生 a. 爐 管 (Furnace): 高 溫 擴 散 主 要 都 是 在 爐 管 中 進 行, 在 高 溫 的 爐 管 中 放 入 晶 片, 使 擴 散 源 得 以 擴 散 入 晶 - 13 -
b. 濕 蝕 刻 (Wet): 高 腐 蝕 使 用 化 學 溶 劑 進 行 晶 片 表 面 清 潔 c. 離 子 植 入 (Implant): 高 電 壓 高 毒 性 輻 射 區 當 具 有 一 定 初 始 能 量 的 入 射 離 子 射 入 固 體 靶 (Target) 時, 會 與 靶 中 的 原 子 核 或 電 子 發 生 碰 撞, 在 碰 撞 過 程 中 把 部 份 能 量 傳 給 靶 材 中 的 原 子 核 或 電 子, 入 射 離 子 的 能 量 因 而 減 小, 運 動 方 向 發 生 偏 折 爾 後, 此 入 射 離 子 又 與 另 外 的 靶 材 中 的 原 子 核 或 電 子 發 生 碰 撞 這 個 過 程 一 直 不 斷 下 去, 直 到 入 射 離 子 停 下 來 為 止, 因 此, 具 有 一 定 初 始 能 量 的 入 射 離 子 射 到 靶 中 後, 將 走 過 一 個 十 分 曲 折 的 路 徑, 同 時 不 斷 損 失 能 量, 最 後 在 靶 中 的 某 一 點 停 止 下 來 4. 薄 膜 製 程 薄 膜 沈 積 依 據 沈 積 過 程 中, 是 否 含 有 化 學 反 應 的 機 制, 可 以 區 分 為 物 理 氣 相 沈 積 (Physical Vapor Deposition, 簡 稱 PVD) 及 化 學 氣 相 沈 積 (Chemical Vapor Deposition, 簡 稱 CVD) 其 涵 蓋 金 屬 導 線 技 術 介 電 層 技 術 以 及 平 坦 化 技 術 等 三 項 子 技 術, 就 金 屬 導 線 技 術 而 言, 目 前 以 銅 導 線 沈 積 技 術 研 發 為 主, 依 據 半 導 體 製 程 發 展 趨 勢 將 開 發 高 電 漿 密 度 物 理 性 金 屬 沈 積 技 術 電 化 學 沈 積 技 術 以 及 化 學 氣 相 沈 積 技 術 以 介 電 層 技 術 而 言, 主 要 分 為 先 進 介 電 質 沈 積 技 術 及 低 介 電 常 數 薄 膜 成 膜 技 術, 先 進 介 電 質 沈 積 技 術 為 開 發 高 密 度 電 漿 化 學 氣 相 沈 積, 介 電 質 抗 反 射 層 氟 摻 雜 玻 璃 蝕 刻 阻 擋 層 等 應 用 於 0.18 微 米 之 介 電 層 沈 積 技 術 ; 而 低 介 電 常 數 薄 膜 主 要 應 用 於 高 速 元 件 傳 遞 延 遲 功 率 消 耗 及 干 擾 本 區 機 器 操 作 時, 機 器 中 都 需 要 抽 成 真 空, 所 以 又 稱 之 為 真 空 區, 真 空 區 的 機 器 多 用 來 做 沈 積 暨 離 子 植 入, 也 就 是 在 Wafer 上 覆 蓋 一 層 薄 薄 的 薄 膜, 所 以 稱 之 為 薄 膜 區 ( 三 ) 晶 圓 針 測 經 過 積 體 電 路 製 程 後, 晶 圓 上 即 形 成 一 格 格 的 小 格, 我 們 稱 之 為 晶 方 或 是 晶 粒 (Die), 在 一 般 情 形 下, 同 一 片 晶 圓 上 皆 製 作 相 同 的 晶 片, 但 是 也 有 可 能 在 同 一 片 晶 圓 上 製 作 不 同 規 格 的 產 品 ; 這 些 晶 圓 必 須 通 過 晶 片 允 收 測 試, 晶 粒 將 會 一 一 經 過 針 測 (Probe) 儀 器 以 測 試 其 電 氣 特 性, 而 不 - 14 -
合 格 的 的 晶 粒 將 會 被 標 上 記 號 (Ink Dot), 此 程 序 即 稱 之 為 晶 圓 針 測 製 程 (Wafer Probe) 然 後 晶 圓 將 依 晶 粒 為 單 位 分 割 成 一 粒 粒 獨 立 的 晶 粒, 接 著 晶 粒 將 依 其 電 氣 特 性 分 類 (Sort) 並 分 入 不 同 的 倉 (Die Bank), 而 不 合 格 的 晶 粒 將 於 下 一 個 製 程 中 丟 棄 ( 四 )IC 晶 片 構 裝 IC 晶 片 構 裝 製 程 (Packaging) 是 利 用 塑 膠 或 陶 瓷 包 裝 晶 粒 與 配 線 以 成 積 體 電 路 (Integrated Circuit; 簡 稱 IC), 此 製 程 的 目 的 是 為 了 製 造 出 所 生 產 的 電 路 的 保 護 層, 避 免 電 路 受 到 機 械 性 刮 傷 或 是 高 溫 破 壞 最 後 整 個 積 體 電 路 的 周 圍 會 向 外 拉 出 腳 架 (Pin), 稱 之 為 打 線, 作 為 與 外 界 電 路 板 連 接 之 用 ( 五 ) 測 試 製 程 半 導 體 製 造 最 後 一 個 製 程 為 測 試, 測 試 製 程 可 分 成 初 步 測 試 與 最 終 測 試, 其 主 要 目 的 除 了 為 保 證 顧 客 所 要 的 貨 無 缺 點 外, 也 將 依 規 格 劃 分 IC 的 等 級 在 初 步 測 試 階 段, 包 裝 後 的 晶 粒 將 會 被 置 於 各 種 環 境 下 測 試 其 電 氣 特 性, 例 如 消 耗 功 率 速 度 電 壓 容 忍 度 等 測 試 後 的 IC 將 會 依 其 電 氣 特 性 劃 分 等 級 而 置 入 不 同 的 Bin 中 ( 此 過 程 稱 之 為 Bin Splits), 最 後 因 應 顧 客 之 需 求 規 格, 於 相 對 應 的 Bin 中 取 出 部 份 IC 做 特 殊 的 測 試 及 燒 機 (Burn-In), 此 即 為 最 終 測 試 最 終 測 試 的 成 品 將 被 貼 上 規 格 標 籤 (Brand) 並 加 以 包 裝 而 後 交 與 顧 客 未 通 過 測 試 的 產 品 將 被 降 級 (Downgrading) 或 丟 棄 由 於 最 終 測 試 是 半 導 體 IC 製 程 的 最 後 一 站, 所 以 許 多 客 戶 就 把 測 試 廠 當 作 他 們 的 成 品 倉 庫, 以 避 免 自 身 工 廠 的 成 品 存 放 的 管 理, 另 一 方 面 也 減 少 不 必 要 的 成 品 搬 運 成 本 2.1.3 半 導 體 製 程 氣 體 與 尾 氣 危 害 特 性 半 導 體 產 業 因 製 程 的 需 求, 不 論 是 在 矽 晶 圓 積 體 電 路 製 造 或 是 IC 晶 片 構 裝, 所 使 用 到 的 化 學 物 質 種 類 相 當 繁 雜, 而 這 些 化 學 物 質 或 溶 劑 的 使 用 即 是 為 半 導 體 生 產 之 主 要 空 氣 污 染 源, 也 因 此 使 得 其 產 業 空 氣 汙 染 呈 - 15 -
現 量 少 但 是 種 類 繁 多 的 特 性, 尤 其 以 機 體 電 路 IC 製 程, 幾 乎 每 個 步 驟 皆 分 別 使 用 各 式 各 樣 的 毒 性 氣 體 酸 鹼 物 質 及 有 機 溶 劑, 而 各 種 物 質 經 過 反 應 後 又 形 成 種 類 頗 為 複 雜 之 產 物, 且 由 於 製 程 的 特 性, 大 量 的 原 料 氣 體 並 未 在 製 程 中 完 全 反 應 而 是 以 製 程 尾 氣 的 型 態 排 出, 各 製 程 不 同, 使 用 的 化 學 物 質 亦 不 同, 故 所 有 製 程 幾 乎 都 可 能 是 空 氣 汙 染 源, 且 皆 為 連 續 排 放 5 倘 若 這 些 尾 氣 處 理 設 備 處 理 效 能 不 佳, 危 害 性 氣 體 就 會 沿 著 煙 道 排 放 進 入 廠 區 周 界, 影 響 空 氣 品 質, 甚 至 部 分 會 經 由 MAU 進 入 廠 內, 影 響 作 業 環 境 及 製 程 良 率 由 於 積 體 電 路 製 造 之 晶 圓 廠 為 整 個 半 導 體 工 業 的 廢 氣 汙 染 產 生 的 最 大 來 源, 其 他 半 導 體 產 業 如 晶 圓 包 裝 程 序, 是 將 積 體 電 路 與 導 線 架 等 組 構 物 件 製 成 積 體 電 路 電 子 組 件, 以 構 裝 導 線 架 等 組 件 與 後 續 清 洗 作 業 為 主, 其 所 產 生 的 酸 鹼 與 揮 發 性 有 機 廢 氣, 由 於 排 放 量 相 對 於 積 體 電 路 製 造 可 說 微 乎 其 微, 所 以 並 不 作 多 述 晶 圓 廠 的 廢 氣 成 分 中 CF4 C2F6 NF3 F2 CLF3 來 自 化 學 氣 相 沉 積 (CVD) 製 程 以 及 所 屬 機 台 的 Chamber Clean,SF6 CL2 來 自 乾 蝕 刻 (Dry Etching) 製 程,SiH4 NH3 N2O SiH2Cl2 O3 為 擴 散 爐 管 製 程,HF 則 來 自 機 械 研 磨 晶 圓 清 洗 或 CVD 製 程 所 產 生 的 製 程 廢 氣, 有 機 廢 氣 的 產 生 則 以 黃 光 製 程 的 光 阻 劑 等 溶 劑 為 主 在 危 害 方 面, 其 危 害 性 如 SiH4 TMA TEOS 發 生 洩 漏 時 與 空 氣 混 合 會 發 生 自 然 現 象, 毒 性 化 學 物 質 如 NH3 CL2 Hbr NH3 等 氣 體 具 有 強 烈 毒 性 及 腐 蝕 性, 而 製 程 載 氣 H2 具 有 火 災 爆 炸 的 危 險, 氧 化 物 質 NF3 N2O 等 與 不 相 容 物 則 會 產 生 爆 炸 的 風 險 性 而 酸 毒 性 排 放 管 路 的 廢 氣 排 放 量 在 半 導 體 廠 排 放 氣 體 的 總 量 的 比 例 為 最 高, 廢 氣 排 放 的 程 序 也 最 為 複 雜, 相 對 的 環 境 衝 擊 亦 是 最 大 一 般 而 言, 半 導 體 製 程 的 尾 氣 可 依 據 其 中 所 含 的 殘 餘 原 料 氣 體 化 學 特 性 和 副 產 物 的 影 響 範 圍, 可 分 為 : (1) 腐 蝕 性 氣 體 (2) 燃 燒 性 氣 體 (3) 有 機 化 合 物 (4) 全 氟 化 合 物 四 種 形 式 大 部 份 製 程 尾 氣 可 直 接 經 由 管 線 輸 送 至 末 端 的 中 央 處 理 系 統 (Central Scrubber Systems) 處 理 而 少 數 高 反 應 性 氣 體 在 其 排 出 製 程 機 台 (POU) 後, 應 立 即 以 適 當 的 區 域 洗 滌 設 備 (Local Scrubber), 將 其 轉 化 為 比 較 安 全 的 型 態, 圖 2-6 為 晶 圓 廠 特 殊 氣 體 供 應 及 - 16 -
排 放 流 程 圖 而 後 才 能 繼 續 輸 送 至 中 央 處 理 系 統 做 二 次 處 理 也 因 此 製 程 尾 氣 區 域 處 理 系 統 成 為 廠 內 廢 污 毒 害 匯 流 而 成 的 系 統 設 備, 適 當 的 尾 氣 處 理 設 備 可 有 效 降 低 工 業 發 展 對 環 境 的 衝 擊, 然 而, 不 當 的 尾 氣 處 理 系 統 不 僅 無 法 達 成 環 境 保 護 的 目 的, 甚 至 會 引 起 廠 內 工 安 的 意 外 事 故, 造 成 不 必 要 的 損 失 6 Tool Gas Box VMB Central Scrubber 直 接 排 至 大 氣 ENV GD Gas Cylinder Pump Scrubber Gas Supply Acid Exhaust General Exhaust GD Sampling GD 圖 2-6 為 晶 圓 廠 特 殊 氣 體 供 應 及 排 放 流 程 圖 晶 圓 廠 典 型 的 氣 體 危 害 來 源 包 括 機 台 或 管 件 的 洩 漏 等, 另 Local Scrubber 在 處 理 製 程 尾 氣 時, 如 果 發 生 洗 滌 塔 或 Water Tank 破 裂 情 形, 造 成 毒 性 或 可 燃 性 氣 體 外 洩 或 空 氣 進 入 洗 滌 塔, 可 能 導 致 爆 炸 或 毒 氣 外 洩 意 外 發 生, 另 製 程 尾 氣 的 酸 鹼 排 氣 管 件 阻 塞 加 熱 溫 度 控 制 失 效 亦 可 能 造 成 化 學 氣 體 在 環 境 中 累 積, 當 濃 度 超 過 爆 炸 下 限 時, 若 遇 火 原 即 會 產 生 火 災 爆 炸 等 風 險 例 行 性 或 緊 急 機 台 維 修 保 養 人 員 的 操 作 不 當 也 會 使 一 些 化 合 物 溢 散 出 來, 這 些 有 害 性 氣 體 藉 著 空 調 系 統 的 循 環 作 用 回 流 至 無 塵 室 內, 導 致 人 員 吸 入 性 的 危 害, 根 據 資 料 顯 示, 從 事 半 導 體 作 業 之 員 工 多 易 罹 患 各 種 慢 性 或 急 性 之 職 業 疾 病, 如 腦 部 及 中 樞 神 經 系 統 障 礙 腎 臟 炎 眼 疾 皮 膚 炎 肝 臟 代 謝 障 礙 症 窒 息 性 溶 血 症 骨 骼 壞 死 肺 水 腫 並 - 17 -
導 致 畸 胎 不 孕 等 生 殖 性 疾 病 另 外, 半 導 體 業 使 用 廣 泛 的 全 氟 化 物 PFCs ( 表 2-2), 其 的 C-F 鍵 能 量 穩 定, 不 容 易 分 解, 且 其 氟 原 子 和 碳 氮 硫 的 分 子 具 有 很 強 的 紅 外 線 吸 收 力 及 熱 穩 定, 尤 其 是 化 學 結 構 愈 對 稱 的 化 合 物 對 溫 室 效 應 的 影 響 愈 大, 可 在 大 氣 中 存 留 至 數 萬 年 時 間, 因 此 它 們 被 認 為 是 最 強 的 溫 室 氣 體 如 表 2-3 所 示,PFCs 主 要 被 用 於 半 導 體 化 學 氣 相 沉 積 (CVD) 及 乾 蝕 刻 (Dry etching) 機 台 反 應 腔 體 的 電 漿 清 潔 和 電 漿 蝕 刻 使 用 氣 體 包 括 四 氟 甲 烷 (CF4) 六 氟 乙 烷 (C2F6) 八 氟 丙 烷 (C3F8) 八 氟 環 丁 烷 (C-C4H8) 三 氟 化 氮 (NF3) 六 氟 化 硫 (SF6) 和 氟 氫 碳 化 物 (HFCs) 如 三 氟 甲 烷 (CHF3) 上 述 的 PFCs 和 HFCs 在 業 界 均 被 統 稱 為 Perfluorinated Compounds(PFCs) 表 2-2 半 導 體 PFCs 製 程 氣 體 與 尾 氣 對 照 表 排 放 氣 體 製 程 氣 體 CH F 3 CF 4 C 2 F 6 C 2 F 4 C 4 F 8 NF 3 SF 6 SiF 4 OF 2 CO F 2 SO F 2 HF F 2 CHF 3 CF 4 C 2 F 6 C 3 F 8 C 4 F 8 NF 3 SF 6 註 : 表 可 能 測 得 之 尾 氣 種 類 資 料 來 源 : 工 研 院 環 安 中 心 ITIS 計 畫 國 際 上 自 1992 年 地 球 高 峰 會 議 中 訂 定 永 續 發 展 的 議 題 後, 至 今 已 有 近 200 項 相 關 的 國 際 公 約 及 協 定 依 此 理 念 頒 佈, 且 已 有 20 項 具 有 貿 易 制 裁 條 款, 而 備 受 矚 目 的 蒙 特 婁 議 定 書 巴 塞 爾 公 約 及 聯 合 國 氣 候 變 化 綱 要 公 約 的 京 都 議 定 書, 分 別 針 對 溫 室 氣 體 及 有 害 廢 棄 物 之 用 量 級 排 放, 訂 定 相 關 之 減 量 標 準 及 管 制 條 例 而 世 界 半 導 體 協 會 (World Semiconductor - 18 -
Council,WSC) 決 議 以 1995 年 做 為 PFCs 減 量 的 基 準 年, 規 定 各 國 家 之 會 員 必 須 在 2010 年 時 將 其 國 內 之 PFCs 的 排 放 量 削 減 至 1995 年 的 90% 7, 台 灣 半 導 體 協 會 (TSIA) 目 前 亦 已 加 入 WSC 協 會, 為 了 符 合 WSC 的 精 神, TSIA 以 1997 和 1999 年 之 排 放 量 平 均 值 做 基 準 ( 表 2-4), 期 許 在 2010 年 確 實 達 到 PFCs 減 量 控 制 的 目 標 ( 圖 2-7) 半 導 體 業 唯 有 在 完 善 的 工 業 安 全 衛 生 工 作 及 相 關 環 保 政 策 配 合 下, 才 可 使 得 半 導 體 作 業 員 工 之 健 康 安 全 獲 得 適 當 地 保 障, 並 使 得 國 內 半 導 體 工 業 趕 上 世 界 潮 流, 在 國 際 市 場 上 爭 得 一 席 之 地 表 2-3 半 導 體 製 程 中 常 用 之 PFCs IC 製 程 所 使 用 之 PFCs Etch Metal CF 4,CHF 3 Polysilicon SF 6,NF 3 Oxide CHF 3,NF 3,C 2 F 6,CF 4 C 4 F 8,C 3 F 8 CVD C 2 F 6,CF 4,NF 3,C 3 F 8 Silicon C 2 F 6,CF 4 Silicon Oxide C 3 F 8 Silicon Nitride CF 3 Tungsten C 2 F 6,NF 3 資 料 來 源 : 工 研 院 環 安 中 心 IT IS 計 畫 - 19 -
4 new fab PFC Emission (MMTCE). 3 2 1 0 retrofitted fab old fab 95% Reduction 85% Reduction 35% Reduction... 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2010(w/o control) 2010(goal) 註 :MMTCE (Million Metric Tons Of Carbon Equivalent) 圖 2-7 TSIA PFCs 排 放 減 量 目 標 值 設 定 原 則 資 料 來 源 : 台 灣 半 導 體 產 業 協 會 ) 表 2-4 台 灣 半 導 體 產 業 PFCs 使 用 量 和 WSC 統 計 資 料 化 合 物 1995(Kg) 1996(Kg) 1997(Kg) 1998(Kg) 1997 全 球 (Kg) 97 台 灣 佔 比 率 (%) CF4 52388 76944 116856 89503 800,000 14.6 C2F6 41746 71098 126329 118985 1,100,000 11.5 SF6 16964 31019 47973 83130 190,000 25.2 C3F8 0 0 3060 0 N/A - NF3 4128 6578 9568 8752 160,000 6 CHF3 6879 7951 14658 22902 200,000 6 合 計 119,994 191,162 318,444 308,545 2,450,000 12.3 資 料 來 源 : 台 灣 半 導 體 協 會 - 20 -
2.2 半 導 體 製 程 尾 氣 減 量 控 制 技 術 相 較 於 其 他 WSC 會 員 協 會, 台 灣 的 半 導 體 產 業 仍 然 快 速 成 長, 相 對 地 所 承 擔 之 廢 氣 污 染 減 量 壓 力 也 比 較 大, 由 此 看 來, 台 灣 半 導 體 業 在 溫 室 氣 體 的 排 放 控 制 上, 將 需 要 投 入 更 多 的 人 力 及 經 費 目 前 業 者 採 取 了 一 些 措 施 來 減 少 PFCs 之 排 放, 而 現 有 之 排 放 減 量 技 術 依 製 程 前 端 至 後 端 可 分 為 四 個 方 向 ( 圖 2-8) 的 策 略 方 針 加 以 探 討 : 包 括 (1) 替 代 化 學 品 (Alternative Chemicals) (2) 製 程 最 佳 化 (Process Optimization) (3) 回 收 再 利 用 (Resource Recycling) (4) 管 末 削 減 處 理 技 術 (Abatement Systems) 下 列 幾 點 為 半 導 體 產 業 執 行 這 四 種 減 量 控 制 技 術 的 說 明 : 圖 2-8 PFCs 氣 體 製 程 減 量 方 法 資 料 來 源 : 經 濟 部 工 業 局 環 保 產 業 資 訊 網 ( 一 ) 替 代 化 學 品 替 代 化 學 品 的 目 的 是 選 用 及 評 估 測 試 不 相 同 的 化 學 物 質 取 代 現 有 之 原 料 來 達 到 降 低 PFCs 的 排 放 標 準, 如 CVD 製 程 使 用 的 C3F8 和 C4F8 取 代 C2F6 及 CG4( 圖 2-9),NF3 取 代 C2F6 等 其 原 理 為 使 用 較 低 之 溫 室 效 應 潛 勢 (GWP) 的 化 學 品 來 取 代 PFCs 此 技 術 亦 包 括 電 漿 程 序 內 所 用 之 效 率 更 高 的 高 GWP 氣 體, 而 這 可 使 整 個 溫 室 氣 體 排 放 減 少 當 評 估 替 代 化 學 品 時, 其 標 準 需 包 含 程 序 性 能 環 安 衛 風 險 的 檢 討 材 料 來 源 和 成 本 以 及 程 序 排 放 物 和 副 產 物 的 特 性 電 漿 程 序 內 所 用 的 氟 碳 化 物 會 產 生 CF 4 與 C 2 F 6-21 -
和 C 3 F 8 的 副 產 物, 其 必 須 定 量 輸 入 化 學 品 轉 變 成 PFCs 副 產 物 的 量, 以 確 保 能 精 確 計 算 PFCs 排 放 物 的 量 此 外, 在 有 碳 存 在 之 電 漿 程 序 內 使 用 任 何 含 氟 化 合 物 時, 將 會 產 生 一 些 如 CF 4 和 C 2 F 6 之 PFCs 的 量 8 當 半 導 體 工 業 在 發 展 替 代 化 學 時, 任 何 會 減 少 PFCs 排 放 的 替 代 化 學, 亦 會 產 生 F 2 HF 和 其 他 副 產 物 的 排 放 氟 碳 化 合 物 會 產 生 其 他 PFCs 和 COF 2, 而 NF 3 會 增 加 F 2 HF 和 NOx 的 排 放 所 以 如 果 只 專 注 於 減 少 PFCs 的 排 放, 其 最 後 亦 可 能 會 造 成 額 外 的 問 題, 而 且 替 代 性 氣 體 的 成 本 則 是 CF4 和 C2F6 的 好 幾 倍 價 錢, 且 操 作 時 的 風 險 危 害 又 增 加 許 多 圖 2-9 PFCs 排 放 減 量 活 動 - 替 代 化 學 品 (CVD 製 程 C3F8 取 代 C2F6) 資 料 來 源 : 林 俊 男, 台 灣 半 導 體 協 會 ( 二 ) 製 程 最 佳 化 此 技 術 利 用 製 程 參 數 的 調 整 製 程 的 改 善 等 措 施, 藉 著 調 整 不 同 氣 體 進 出 反 應 腔 室 的 流 量 或 濃 度 參 數 系 統 壓 力 值 增 加 能 量 等 級 以 提 升 PFCs 的 利 用 率, 達 到 PFCs 完 全 反 應, 減 少 排 放 之 目 的 然 而, 此 減 量 控 制 技 術 本 身 並 無 法 使 PFCs 的 排 放 大 量 減 少, 由 於 包 含 降 低 成 本 和 污 染 防 制 的 其 他 - 22 -
效 益, 所 有 CVD 反 應 腔 室 的 清 潔 還 是 需 利 用 它 來 減 少 化 學 品 的 消 耗 和 廢 棄 物 的 產 生 例 如 Remote 清 洗 機 制 的 替 代 程 序 可 減 少 PFCs 的 排 放 此 外, 它 們 提 高 COO 效 益 的 程 序 在 舊 廠 內, 用 Remote 清 洗 機 制 來 取 代 C 2 F 6 清 潔 是 減 少 PFCs 排 放 之 最 經 濟 有 效 的 方 法 在 設 計 排 放 系 統 和 廢 水 處 理 系 統 時 需 了 解 其 所 增 加 之 F 2 排 放 的 影 響 8 ( 三 ) 回 收 再 利 用 回 收 技 術 主 要 是 由 氣 體 公 司 所 發 展, 其 原 理 是 將 製 程 尾 氣 之 不 純 物 濾 除 後, 再 利 用 薄 膜 分 離 濾 除 微 粒, 然 後 以 吸 收 劑 吸 除 酸 性 副 產 物, 最 後 將 剩 下 的 尾 氣 收 集 起 來, 進 行 處 理 另 一 種 方 式 則 直 接 在 線 上 做 處 理 後, 送 回 製 程 反 應 腔 室 以 日 本 企 業 所 使 用 的 一 套 PFCs 回 收 系 統 為 例, 設 計 先 將 機 台 的 反 應 腔 壁 加 熱 後, 使 其 反 應 物 不 會 殘 存 於 腔 壁 內, 以 提 升 這 些 PFCs 收 及 效 能, 並 利 用 薄 膜 去 除 N2 及 SiF4 等 不 純 物 後, 再 將 可 繼 續 使 用 的 反 應 物 送 回 反 應 腔 室 內 9 ( 四 ) 管 末 削 減 處 理 技 術 上 述 部 分 減 量 技 術 如 回 收 再 利 用 替 代 化 學 品 等, 屬 於 尚 在 研 發 評 估 的 階 段, 其 控 制 技 術 還 未 達 成 熟 階 段, 且 受 限 於 解 決 方 案 的 經 濟 規 模 因 素, 雖 然 管 末 削 減 處 理 設 備 並 不 是 最 佳 的 選 擇, 但 卻 是 目 前 在 半 導 體 業 界 用 來 處 理 危 害 性 氣 體 排 放 最 廣 泛 且 技 術 成 熟 有 效 的 方 法 ( 圖 2-10), 所 以 本 文 另 以 一 章 節 加 以 探 討 - 23 -
Water soluble gas treatment MAIN TOOL (ETCH T/F FUR IMP) CENTRAL SCRUBBER EXHAUST TO CENTRAL SCRUBBER Flammable Water soluble toxic PFC gas abatement VACUUM PUMP Scrubber Type: Thermal wet Burn wet Dry 管 路 :exhaust 管 採 SS304 coating teflon, 可 降 低 製 程 尾 氣 於 管 路 中 燃 燒 風 險 系 統 :FUR 規 劃 處 理 設 備, 有 兩 兩 互 為 備 用 機 台 Local Scrubber 圖 2-10 製 程 尾 氣 管 末 削 減 處 理 技 術 流 程 圖 2.2.1 管 末 削 減 處 理 設 備 製 程 尾 氣 若 只 有 酸 氣 存 在, 廠 務 端 的 濕 式 水 洗 中 央 處 理 系 統 便 是 非 常 經 濟 有 效 的 一 種 選 擇, 但 通 常 製 程 尾 氣 常 伴 隨 許 多 危 害 性 氣 體 一 起 產 出, 所 以 半 導 體 廠 通 常 將 酸 毒 易 燃 性 腐 蝕 性 及 溫 室 效 應 氣 體 全 部 納 入 酸 / 毒 性 廢 氣 系 統 進 行 處 理, 所 以 酸 / 毒 性 區 域 洗 滌 設 備 是 晶 圓 廠 內 最 大 的 廢 氣 處 理 系 統, 不 但 投 資 的 金 額 最 多, 處 理 方 式 也 趨 多 元 性 依 處 理 原 理 常 用 的 有 (1) 乾 式 吸 附 (2) 電 熱 水 洗 (3) 燃 燒 水 洗 (4) 電 熱 觸 媒 (5) 電 漿 處 理 等 方 式 本 章 節 以 新 竹 科 學 園 區 某 晶 圓 廠 為 例, 介 紹 該 廠 管 末 減 量 處 理 系 統 設 備 ( 表 2-10) - 24 -
表 2-5 竹 科 某 晶 圓 廠 之 製 程 尾 氣 區 域 處 理 系 統 設 備 製 程 處 理 型 式 廠 牌 特 性 蝕 刻 離 子 植 入 薄 膜 Dry Plasma ( 電 熱 觸 媒 ) Dry Burn wet Thermal wet Showa Ebara Zenith ICS Z- 13 Clean tech ICS 日 本 酸 素 Edwards Ebara Unisem 以 吸 附 劑 觸 媒 吸 附 有 害 氣 體 PFC CO 等 以 電 將 產 生 光 輝 放 電 以 吸 附 劑 吸 附 毒 性 氣 體 高 溫 / 燃 燒 分 解 有 害 氣 體 PFC, 再 經 水 洗 去 除 粒 狀 物 及 水 溶 性 氣 體 爐 管 Burn wet Thermal wet Edwards ECS2000 Techarmonic 高 溫 / 燃 燒 分 解 有 害 氣 體 PFC, 再 經 水 洗 去 除 粒 狀 物 及 水 溶 性 氣 體 ( 一 ) 乾 式 吸 附 此 類 型 Local Scrubber 可 去 除 水 溶 性 不 高 的 氣 體 毒 性 氣 體 PFC 等 廢 氣, 其 方 式 有 常 溫 操 作 及 高 溫 觸 媒 反 應 吸 附, 主 要 應 用 於 尾 氣 量 較 少 的 製 程 ( 如 Implantation 及 Dry Etching), 其 原 理 是 將 高 毒 性 之 氣 體 採 用 不 可 逆 的 化 學 吸 附 反 應 ( 圖 2-11), 藉 著 附 著 於 載 體 上 的 化 學 物 質 與 廢 氣 中 的 毒 性 物 質 產 生 反 應, 以 降 低 廢 氣 中 汙 染 物 濃 度 之 處 理 裝 置 一 般 使 用 矽 藻 土 作 為 載 體, 而 載 體 上 附 著 之 化 學 物 質 則 隨 著 所 欲 去 除 之 汙 染 物 而 有 所 差 異, 而 且 使 用 飽 和 後 可 依 照 廢 棄 物 處 理 程 序, 請 政 府 核 可 之 處 理 廠 商 運 離 廠 區 處 置, 再 做 新 的 吸 附 材 料 更 新 使 用 常 用 的 化 學 吸 附 材 料 為 乾 式 的 鹼 劑 和 氧 化 劑, 較 著 名 的 有 Rikasole 和 KS 兩 種 吸 收 劑 Rikasole 為 酸 性 吸 收 劑, 其 發 明 於 1941 年, 主 要 的 成 份 是 矽 藻 土 浸 漬 於 FeCl3 內, 一 般 可 吸 收 氧 化 之 毒 物 性 質 包 括 ASH3 H2Se B2H6 PH3 等 氫 化 物 氣 體 (Hydrides) 其 可 藉 著 FeCl3 轉 變 成 FeCl2 而 逐 漸 失 去 吸 附 效 能, 將 其 還 原 FeCl3 後 便 可 恢 復 功 效, 但 其 效 能 會 隨 著 再 生 的 次 數 而 逐 漸 - 25 -
降 低, 一 般 至 多 重 複 使 用 六 次 後 就 需 更 換 KS 吸 附 劑 顏 色 呈 現 紫 色, 屬 於 鹼 性 吸 收 劑, 其 發 展 於 1982 年, 作 用 機 制 與 Rikasole 類 似, 成 分 亦 是 使 用 矽 藻 土 作 為 載 體, 並 跟 NaOH KMnO4 等 氧 化 劑 浸 漬 在 一 起, 由 於 KMnO4 的 氧 化 能 力 較 強, 所 以 除 了 能 去 除 ASH3 及 PH3 外 更 可 以 去 除 Al(CH3) 等 有 機 金 屬 化 合 物, 以 及 HCl 等 酸 性 氣 體 和 SiH4 B2H6 等 水 解 氣 體 5 其 他 吸 收 劑 如 Gassmith 系 統 之 吸 附 劑, 可 在 常 溫 下 將 製 程 廢 氣 轉 換 為 穩 定 的 鹽 類 等 方 式 一 般 大 部 分 的 吸 收 劑 可 藉 由 其 顏 色 改 變 情 形 加 以 判 斷 使 用 狀 態, 操 作 時 應 注 意 吸 附 劑 破 出 的 時 機 該 廠 使 用 較 多 吸 附 式 型 態 的 Local Scrubber 廠 牌 如 Ebara SHOWA ICS Clean-S-Z-13 等, 但 因 早 期 舊 廠 買 進 之 機 台 如 Ebara 的 每 桶 吸 附 劑 成 本 過 於 昂 貴, 遂 後 續 新 廠 逐 漸 採 用 其 他 較 便 宜 的 產 品 如 Clean-S-Z-13( 圖 2-12) 等 廠 牌 圖 2-11 乾 式 吸 附 劑 使 用 情 形 資 料 來 源 : FY90 產 業 安 全 衛 生 應 用 技 術 發 展 計 畫 報 告 - 26 -
顏 色 偵 測 器 Auto by pass 閥 ( 氣 動 閥 及 壓 力 偵 測 器 顯 示 器 ) 圖 2-12 乾 式 吸 附 式 -CLEAN-S Z-13 ( 二 ) 電 熱 水 洗 由 於 多 數 HFCs 及 PFCs 等 氣 體 在 高 溫 環 境 下 均 會 熱 裂 解 並 進 而 氧 化, 如 AsH3 加 熱 至 700 以 上 即 可 分 解 毒 性 控 制 式 熱 解 氧 化 器 (Controlled Decomposition/Oxidation Reactor,CDO ) 是 近 幾 年 來 半 導 體 廠 普 遍 採 用 的 尾 氣 處 理 設 備 之 一, 此 類 型 scrubber 的 原 理 是 利 用 電 熱 的 方 式 讓 製 程 尾 氣 於 高 溫 環 境 下, 迅 速 氧 化 成 穩 定 的 化 合 物 加 熱 單 元 主 要 以 矽 碳 棒 組 成, 並 利 用 電 能 來 提 高 細 碳 棒 的 溫 度 至 900, 讓 氣 體 通 過 加 熱 單 元, 遇 高 溫 後 氧 化 裂 解 以 電 熱 水 洗 scrubber CDO-863 為 例, 其 構 造 如 圖 2-13 所 示, 製 程 尾 氣 進 入 CDO 後 與 系 統 提 供 的 乾 空 (CDA) 混 合, 混 合 後 再 進 入 電 熱 腔 中 進 行 高 溫 氧 化 或 還 原 反 應, 反 應 後 的 氣 體 粉 沫 經 過 多 階 拉 希 環 填 充 的 洗 滌 管 進 行 水 洗 過 程 以 去 除 其 中 的 微 粒 或 水 溶 性 高 的 氣 體, 最 後 才 排 出 製 廠 務 端 做 處 理 由 於 此 類 型 Local Scrubber 電 熱 部 分 是 採 用 電 熱 棒 的 方 式 加 熱, 但 於 反 應 過 程 常 會 發 生 因 Powder 附 著 造 成 加 熱 棒 發 出 的 溫 度 無 法 均 勻 散 佈 於 反 應 室 中, 導 致 處 理 效 率 不 佳 的 問 題 一 般 腔 內 溫 度 控 制 於 600 左 右, 如 果 為 了 將 Powder 去 除 而 將 溫 度 毅 然 提 升, 則 會 縮 短 加 熱 棒 的 壽 命, 另 外 CDO - 27 -
型 式 Scrubber 對 PH3 等 氣 體 處 理 效 果 亦 較 差, 但 對 於 一 般 可 燃 性 氣 體 如 SiH4 ASH3, 酸 鹼 性 氣 體 NH3 Cl2 及 部 分 的 PFCs 氣 體 如 NF3, 均 有 極 佳 的 處 理 效 率 圖 2-14 為 該 廠 內 爐 管 製 程 的 ECS Local Scrubber 電 熱 反 應 腔 室 構 造 圖, 圖 2-15 為 電 熱 反 應 腔 室 及 洗 滌 塔 外 觀 圖 PROCESS EXHAUST CONDITIONED EXHAUST MAGNEAHELIC MAGNEHELIC OXYGENATOR SECTION HEATER ELEMENT CDA FOR EXHAUST MOISTURE CONTROL H2O NOZZLE UPPER SECONDARYC OOLING/ SCRUBBING SECTION THERMAL REACTION SECTION INCONEL LINER CONTROL TC SECONDARY PACKING PRIMARY COOLING/ SCRUBBING SECTION H2O VORTEX VORTEX H2O IN LOWER H2O NOZZLE SECONDARYC OOLING/ SCRUBBING SECONDARY SECTION PACKING CONDUCTIVITY LIQUID LEVEL SENSOR CDA PURGE RECIRC H2O IN SLOPE DRAIN FRESH H2O IN 圖 2-13 CDO-863 構 造 圖 資 料 來 源 : ATMI 簡 報 - 28 -
SiC Heater with shield, and have long lifetime. Heater chamber wall Scrrounding chamber CDA Inlet inner shield for emchamcing abatement efficiency Gas In Gas Out 圖 2-14 ECS-2250 電 熱 水 洗 之 Chamber 構 造 圖 資 料 來 源 : Integrated Plasma Inc 簡 報 Heater Chamber Water Scrubber 圖 2-15 電 熱 水 洗 式 - ECS2250 電 熱 腔 室 及 洗 滌 塔 外 觀 圖 - 29 -
( 三 ) 燃 燒 水 洗 目 前 發 展 最 完 整 的 製 程 尾 氣 處 理 技 術, 莫 過 於 燃 燒 破 壞 法, 其 原 理 與 電 熱 水 洗 相 似, 但 操 作 的 溫 度 更 可 達 到 1200 以 上, 有 效 解 決 電 熱 水 洗 因 加 熱 棒 常 會 發 生 Powder 附 著, 導 致 加 熱 棒 的 溫 度 無 法 均 勻 散 佈 於 反 應 室 中, 造 成 處 理 效 率 不 佳 的 問 題 此 類 設 備 是 利 用 燃 料 (H2 和 CH4) 與 空 氣, 將 進 入 燃 燒 室 的 低 極 性 製 程 尾 氣 經 高 溫 燃 燒, 轉 換 成 低 分 子 量 且 具 親 水 性 之 極 性 化 合 物 ( 如 HF,HCL), 再 以 水 洗 吸 附 等 方 法 去 除 危 害 性 尾 氣, 圖 2-16 為 BOC EDWARDS 所 生 產 TPU (Thermal Process Unit) 燃 燒 式 Local Scrubber 機 型, 其 主 要 的 特 色 在 於 其 燃 燒 室 的 設 計, 為 避 免 燃 燒 SiH4 所 產 生 的 SiO2 Powder 附 著 於 燃 燒 室 的 表 面, 燃 料 與 空 氣 穿 過 多 孔 性 的 室 壁 而 進 入 燃 燒 室, 當 燃 料 空 氣 穿 過 室 壁 時, 已 將 SiO2 Powder 吹 向 燃 燒 室 的 中 央 ( 圖 2-17), 而 後 在 利 用 後 方 的 多 階 填 充 洗 滌 塔 ( 圖 2-18) 將 之 去 除 10 圖 2-16 燃 燒 水 洗 Local Scrubber 資 料 來 源 : Edwards TPU 構 造 圖 - 30 -
製 程 尾 氣 AIR/Fuel mixture input Cool Out wall Inward flow keeps Zone next to clear of process gas so no Solid build up on ceramic Flameless combustion in inner tube Inward temperature 約 750 上 下, 當 PM 時 至 少 需 降 至 150 下 圖 2-17 TPU 燃 燒 腔 室 及 多 孔 透 氣 性 燃 燒 室 壁 Mist filter 拉 希 環 圖 2-18 TPU 燃 燒 水 洗 式 Scrubber 填 充 式 拉 希 環 洗 滌 塔 - 31 -
另 以 該 晶 圓 廠 薄 膜 製 程 廣 泛 使 之 燃 燒 熱 水 洗 式 Local Scrubber 廠 牌 Unisem-UN2004A 為 例 介 紹, 其 構 造 如 圖 2-19 所 示, 主 要 由 Burner Manifold Burning Chamber Quench Drain H Drain Tank Wet Column 及 Air Hole 八 大 部 分 所 組 成, 其 原 理 為 製 程 機 台 (Main Tool) 在 Procress 生 產 時 所 排 出 的 有 毒 製 程 廢 氣, 經 由 Manifold 進 入 Burning Chamber 利 用 Burner 所 產 生 之 高 溫 燃 燒 ( 約 1200~1600 ), 火 焰 由 上 往 下 燃 燒 可 將 有 毒 製 程 廢 氣 分 解 或 氧 化 成 無 毒 害 之 化 合 物, 反 應 後 的 化 合 物 經 由 Quench 所 形 成 的 水 幕 做 第 一 階 段 冷 卻, 並 再 藉 由 Drain H 內 的 多 向 灑 水 系 統 做 第 二 階 段 的 冷 卻 與 粉 塵 萃 取 經 過 兩 次 階 段 性 的 冷 卻 的 氣 體 與 化 合 物, 會 通 過 Wet Column 內 的 拉 西 環 做 粉 塵 萃 取 及 洗 滌 塔 內 的 灑 水 做 降 溫 處 理 處 理 後 之 氣 體 再 藉 由 Air Hole 導 入 較 低 溫 的 外 部 空 氣 做 冷 凝 處 理 後, 由 酸 排 管 抽 到 廠 務 之 Central Scrubber 處 理 後 排 入 大 氣 之 中 反 應 過 程 中 的 廢 水 及 粉 塵 會 集 中 導 入 Drain Tank 中 做 酸 鹼 中 和, 並 由 Chemical Pump 將 廢 水 排 出, 以 及 Circulation Pump 將 廢 水 循 環 做 灑 水 之 用 BURNER AIR HOLE MANIFOLD BURNING CHAMBER WET COLUMN QUENCH DRAIN H DRAIN TANK 圖 2-19 Unisem-UN2004A 架 構 圖 資 料 來 源 : Unisem-UN2004A 操 作 規 範 - 32 -
( 四 ) 電 熱 觸 媒 電 熱 觸 媒 式 是 藉 由 特 殊 觸 媒 以 較 低 的 溫 度 (500 ~750 ) 促 進 PFCs 與 H2O 反 應 而 將 有 害 物 加 以 分 解 破 壞 ( 如 圖 2-20), 高 濃 度 的 HF 副 產 物 則 以 後 續 濕 式 滌 氣 系 統 處 理 對 CF4 的 去 除 效 率 達 99% 以 上 優 於 其 他 方 式, 且 因 可 在 相 對 低 溫 操 作, 就 能 源 利 用 率 來 說 較 經 濟 實 惠, 且 有 效 解 決 乾 式 吸 附 式 在 常 溫 下 無 法 處 理 PFCs 的 問 題 目 前 市 售 之 觸 媒 氧 化 尾 氣 處 理 設 備 主 要 的 有 Hitachi SCDS Showa Clean-S-PFC EM Trinity 等 該 晶 圓 廠 之 觸 媒 氧 化 的 Local Scrubber 主 要 的 廠 牌 有 Hitachi SCDS Showa Clean-S-PFC 大 陽 東 洋 HTVS 等 圖 2-21 為 此 類 型 Scrubber 外 觀 觸 媒 系 統 能 否 長 期 穩 定 運 作 的 關 鍵 繫 於 尾 氣 成 份 中 是 否 含 有 會 毒 化 觸 媒 的 化 學 物 質, 且 觸 媒 尚 有 老 化 效 能 降 低 與 回 收 處 理 等 問 題, 故 亦 有 其 瓶 頸 另 外 此 系 統 無 法 處 理 矽 甲 烷 (SiH4) 氣 體 圖 2-4 觸 媒 分 解 方 式 C x H y (VOC) + O 2 觸 媒 CO 2 + H 2 O 三 風 險 評 估 分 析 方 法 ( 碳 氫 化 合 物, 有 害 ) ( 無 害 ) 圖 2-20 觸 媒 分 解 方 式 圖 2-21 觸 媒 氧 化 式 Scrubber 外 觀 - 33 -
( 五 ) 電 漿 破 壞 電 漿 破 壞 技 術 是 以 高 週 波 電 漿 (RF Plasma) 在 400 托 爾 (torr) 的 壓 力 下 解 離 CF 鍵, 並 提 供 H+ 以 形 成 HF, 部 份 解 離 的 氣 體 及 等 量 的 帶 正 負 電 荷 粒 子 所 組 成, 其 中 所 含 的 氣 體 具 高 度 的 活 性, 它 是 利 用 外 加 電 場 的 驅 動 而 形 成, 並 且 會 產 生 輝 光 放 電 (Glow Discharge) 現 象 ( 圖 2-22) 其 中 心 溫 度 可 達 到 3000 度 以 上, 且 具 低 耗 能 的 特 點, 主 要 可 處 理 CF4 C4F6 C5F8 等 穩 定 性 較 高 的 氣 體, 電 漿 解 離 過 後 的 離 子, 與 水 反 應 產 生 低 濃 度 的 酸 系 廢 水, 並 經 Drain Pump 帶 到 廠 務 端 進 行 下 一 步 處 理 其 雖 具 有 極 高 的 去 除 效 率, 但 其 所 能 處 理 的 廢 氣 量 較 少, 況 且 後 端 產 生 的 副 產 物, 仍 需 使 用 廠 務 端 的 水 洗 式 之 廢 氣 處 理 設 備 處 理, 較 不 具 經 濟 效 應 該 廠 使 用 於 乾 蝕 刻 (Dry Etching) 部 門, 使 用 的 廠 牌 為 Edwards-Zenith, 圖 2-23 為 其 Scrubber 外 觀 11 Example : CF 4 Object to remove ( CF 4 ) High temp. Mist Adsorption Adsorber 6HF + M 2 O 3 2MCl 3 + 3H 2 O Plasma generating gas (N2) Inner temp : over 10,000 C +, C, F -, F, F 2 H +, H, OH - N, N +, N 2,etc Decomposed gas ( activated neutral paricle or positive charge) Recombination prevention part Absorption Wet Unit F + H 2 O HF +H 2 O 圖 2-22 電 漿 Scrubber 破 壞 技 術 方 法 資 料 來 源 : NANO-BIO Particles Technology - 34 -
圖 2-23 Edwards-Zenith Local Scrubber 外 觀 圖 各 類 型 之 廢 氣 處 理 方 式 皆 有 其 優 缺 點 及 其 適 用 範 圍, 如 表 2-6 所 示 其 中 廠 務 端 所 使 用 的 水 洗 式 廢 氣 處 理 機 是 最 便 宜 簡 單 的 處 理 方 式, 但 只 能 用 在 處 理 水 溶 性 之 氣 體, 所 以 此 類 型 機 台 目 前 並 無 使 用 在 區 域 廢 氣 處 理 系 統 上 觸 媒 氧 化 式 應 用 範 圍 雖 較 水 洗 式 廣 泛, 但 建 造 成 本 及 運 轉 成 本 上 也 較 水 洗 式 高 ; 吸 附 式 系 統 的 廢 氣 處 理 效 率 佳, 但 由 於 吸 附 材 上 讓 氣 體 通 過 的 通 道 有 孔 隙 大 小 的 限 制, 以 及 每 組 吸 附 材 皆 有 其 吸 附 處 理 的 極 限 流 量, 因 此 不 適 用 於 容 易 堵 塞 或 是 氣 體 流 量 較 大 的 製 程 中, 而 導 致 吸 附 材 需 時 常 更 換, 使 運 轉 成 本 更 高 ; 電 漿 解 離 系 統, 其 廢 氣 處 理 範 圍 最 廣, 處 理 效 率 佳, 唯 獨 其 處 理 量 較 少 且 成 本 較 高, 而 且 同 樣 不 適 用 於 粉 塵 過 多 之 製 程 ; 電 熱 於 反 應 過 程 常 會 發 生 因 Powder 附 著 造 成 加 熱 棒 發 出 的 溫 度 無 法 均 勻 散 佈 於 反 應 室 中, 導 致 處 理 效 率 不 佳 ; 燃 燒 式 的 Scrubber 以 一 般 瓦 斯 做 為 燃 料, 設 置 時 需 考 量 瓦 斯 洩 漏 燃 燒 對 週 遭 環 境 的 影 響, 設 置 時 應 選 擇 遠 離 無 塵 室 有 防 火 區 劃 下 列 表 2-7 2-8 2-9 是 將 該 晶 圓 廠 內 較 廣 泛 使 用 之 廠 牌 的 尾 氣 處 理 設 備 整 理 後 之 比 較 表 - 35 -
Local Scrubber 類 別 表 2-6 各 類 型 管 末 削 減 技 術 優 缺 點 比 較 優 點 缺 點 乾 式 吸 附 式 觸 媒 氧 化 電 熱 水 洗 式 燃 燒 水 洗 式 電 漿 破 壞 1. 修 保 養 次 數 少 2. 能 源 損 耗 少 3. 較 無 工 安 問 題 4. 成 本 高 1. 能 源 利 用 率 較 高 2. 可 在 相 對 低 溫 作 處 理 3. 選 用 式 到 之 觸 媒 之 控 制 效 率 甚 佳 1. 電 力 為 主 要 加 熱 來 源 2. 適 用 在 大 量 廢 氣 處 理 1. 有 效 處 理 PFCs 全 氟 碳 化 物, 較 無 環 境 污 染 顧 慮 2. 適 用 在 大 量 廢 氣 處 理 3. 對 各 種 可 燃 性 污 染 物 可 同 時 去 除 1. 能 源 損 耗 少 2. 極 高 之 處 理 效 能 1. 有 廢 棄 物 處 理 之 環 保 問 題 2. 不 適 用 在 大 量 廢 氣 處 理 1. 無 法 證 明 轉 化 機 制 是 否 為 觸 媒 效 果 2. 老 化 效 能 降 低 與 回 收 處 理 等 問 題 3. 觸 媒 費 用 昂 貴 1. 酸 氣 易 流 至 酸 排 管 路 2. 加 熱 棒 易 損 壞 3. 水 分 含 量 高 時 易 浪 費 能 源 1. 粉 塵 凝 結 或 阻 塞 造 成 維 修 保 養 次 數 多 2. 有 回 火 造 成 爆 炸 之 危 險 3. 水 分 含 量 高 時 易 浪 費 能 源 1. 處 理 氣 體 量 較 低 2. 副 產 物 需 要 廠 務 端 處 理 - 36 -
表 2-7 乾 式 吸 附 式 各 機 型 規 格 比 較 - 37 -
表 2-7 乾 式 吸 附 式 各 機 型 規 格 比 較 ( 續 ) - 38 -
表 2-8 燃 燒 水 洗 式 各 機 型 規 格 比 較 Maker BOC Edwards UNISEM EBARA Model TPU UN2004A-PG GDC250SA-Low GDC250SA-High Type Burner-Wet Burner-Wet Burner + Wet 出 產 國 UK Korea JAPAN 代 理 商 BOC Edwards 旭 裕 科 技 ( 股 ) 公 司 台 灣 荏 原 Dimension (mm) 925*600*1830 850X850X1800(WxDxH) 1350(W)*2300(D)*2250(H) Capacity (LPM) 200 380 320SLM 320SLM Up-time(%) 99% 99% 99% MTBF >2 months >3 month >1.5 months MTTR <4 hours <1.5 hours <4 hrs SEMI Certification (Safety, FTIR, Fire) SEMI S2-0703 SEMI S2-0200 工 研 院 FTIR Qualified Korea S Mark SEMI S2-0200 SEMI S8-0701 PM Cycle Time (Weeks) 表 2-7 燃 燒 水 洗 式 各 機 型 規 格 比 較 8 4~16 weeks 24 6 Phase 1 1P 1Phase or 3phases 1Phase or 4phases Power Voltage 110 208V, 30A 110V or 220V 110V or 221V Frequency (Hz) 60 60 Hz 50/60 Hz 50/61 Hz - 39 -
表 2-8 燃 燒 水 洗 式 各 機 型 規 格 比 較 ( 續 ) Maker BOC Edwards UNISEM EBARA CDA (l/min) N/A 120~180 LPM 155 155 N2 (l/min) 15 (for valve actuate) 10 LPM 23 23 DIW (l/min) N/A N/A 9.8 9.8 Facility PCW (l/min) Watt (kw /hr) 25 (for cooling usage) 1 6 1 3.0 1.55 3.0 1.55 O2 (l/min) N/A 14~20LPM 21 58 Others1 37 (for low fire) LNG:14~20LPM 14 26 Others2 65 (for High fire) N/A N/A N/A Lead Time (Weeks) 6~8 weeks 6~8 weeks 12 Weeks 12 Weeks Warranty (year) 2 2 15Months 15Months List Price(NT$) NT$3,485,000 NT$3,000,000 NT$4,833,333 NT$4,833,333 1..Auto scraper unit clean chamber SiO2 1. 在 PSC 8A FAB 的 有 實 績. 1. 使 用 scraper unit clean chamber 內 之 SiO2, 處 理 powder 能 力 達 90% Profit 2.TPU 可 自 動 切 換 low fire/high fire mode, 以 提 高 反 應 溫 度 2.CMS free. 95% parts stock in PSC field, 3 sets of all parts stock in Taiwan SCH 3. Free 加 裝 TMS from Pump or Machine to Scrubber for TEOS or TiTiN CVD Process. 2.Chamber 採 用 Al-ceramic 材 質, 具 有 耐 高 溫 及 抗 腐 蝕 之 特 性 3. 經 測 試 此 機 型 對 SiH4 SiF4 HF 與 NF3 具 有 相 當 良 好 之 處 理 效 果 且 其 後 端 經 吸 附 後 後 除 了 H2O 與 CO2 外, 未 發 現 有 其 他 的 化 合 物 出 現, 顯 示 其 處 理 效 果 相 當 完 全 - 40 -
項 目 廠 商 BOC Edwards HoX Type Clean Technology SS003A1 Type Dimension (mm) (W)*(D)*(H) 600*800*1830 1000*800*1900 790*820*2062 1000*600*2080 Weight(kg) 400 550 300 450 Lead Time(month) 3~3.5 3 1.5 2 Reaction Temp(C) 750 650 700~900 850 Inlet Port Max.4 1 Max.4 Up to 4 inle Reaction Flow Rate(l/min) 200 300 500(Not include dilutiion gas) 250 PM Cycle Time(month) 1 >3 1.5~2 6~12 Power Phase 3 3 1O3W 1O3W Voltage 208 208 220 220 Frequence(Hz) 60 60 60 60 CDA (l/min) N/A 15 30~40 180 N2 (l/min) 15 N/A 30~40 60 DIW (l/min) N/A N/A 4 N/A PCW (l/min) 25 N/A N/A 5 Watt (kw/hr) 5.5 16 4.2 6 Fuel (l/min) N/A N/A N/A N/A O2 (l/min) N/A N/A N/A N/A Facility Consumption parts price(nt$) /5 year Manpower Support Maintance Price(NT$)/year Warranty (year) List Price(NT$) Worldwide NT$529,240.00 NT$1,199,050.00 NT$892,500.00 NT$617,500.00 25 6 9 15 90750 [ 1500 person/hr ] 0 [ free person/hr ] 72000[ 2500 person/hr ] 0 [ 1500 person / hr ] 1 1.5 1 1 NT$2,275,000.00 NT$3,200,000.00 US$68,000.00 NT$1,800,000.00 UMC,GCT,VIS,Altis,Linera Technology 表 2-9 電 熱 水 洗 式 Local Scrubber 比 較 表 Japan,Taiwan UNISEM UN9500A-BW Type Korea,Japan,America IPI ECS-2000 Type MXIC,NAN- YA,TSMC,UMC,ProMos,VIS,Herme s,winbond( total >240 set) - 41 -
第 三 章 風 險 評 估 方 法 與 改 良 3.1 風 險 及 風 險 評 估 之 定 義 風 險 的 定 義, 簡 單 來 說 是 指 對 於 一 特 定 的 危 害 事 件, 其 發 生 之 可 能 性 與 後 果 的 組 合, 可 能 會 造 成 人 員 傷 亡 或 財 產 損 失 的 可 能 性 (The Possibility Of Loss Or Injury To People And Property ) 而 這 可 能 性 係 指 造 成 傷 亡 損 失 的 那 個 事 件 或 活 動 所 發 生 的 機 率 或 頻 率 ( 單 位 時 間 內 發 生 的 機 率 ) 因 此, 風 險 包 含 兩 個 基 本 要 素,(1) 人 員 傷 亡 或 財 產 損 失 (2) 事 件 或 活 動 所 發 生 的 機 率 12 凡 事 都 有 風 險, 世 界 上 沒 有 絕 對 安 全 或 零 風 險 的 狀 況, 風 險 通 常 是 一 體 兩 面 的, 想 要 有 較 高 的 利 潤 或 收 穫, 相 對 的 就 須 承 受 較 高 的 風 險 所 以 說, 當 企 業 在 追 求 高 利 潤 的 同 時, 所 面 對 風 險 情 境 也 就 相 對 升 高, 此 時 就 必 須 採 取 適 當 的 防 範 措 施, 以 降 低 意 外 事 件 發 生 的 機 會, 能 降 低 意 外 事 件 的 發 生, 也 就 降 低 了 風 險 以 管 末 減 量 技 術 設 備 的 發 展 為 例, 使 用 區 域 處 理 設 備, 必 須 承 受 機 台 本 身 及 管 路 可 能 發 生 事 故 的 風 險, 但 卻 可 以 減 少 暖 化 危 機 對 國 家 經 濟 帶 來 的 衝 擊 與 環 境 生 態 的 汙 染 風 險 風 險 評 估 的 定 義, 係 指 估 計 風 險 的 規 模 與 決 定 風 險 是 否 為 可 忍 受 的 整 個 過 程 一 般 認 為, 風 險 的 基 準 是 一 般 人 普 遍 可 接 受 的 程 度, 其 風 險 上 限 也 是 本 身 經 過 計 算 及 評 估 過 後 所 自 願 承 受 的 風 險 而 在 進 行 風 險 評 估 時, 至 少 應 考 量 其 範 圍 及 下 列 主 要 工 作 項 目 12 : 1. 對 危 害 的 認 知 2. 分 析 意 外 事 故 發 生 的 因 果 關 係 3. 估 計 危 害 所 帶 來 之 不 良 影 響 的 程 度 大 小 4. 估 計 事 故 及 不 良 後 果 的 可 能 性 5. 對 以 上 各 項 分 析 結 果 做 判 斷, 並 對 估 計 的 風 險 之 重 要 性 做 判 斷 6. 採 取 改 善 措 施 或 決 策 時, 決 策 者 應 以 第 五 項 的 判 斷 風 險 評 估 的 不 確 定 性, 並 權 衡 成 本 效 益 做 最 適 當 的 決 策 - 42 -
待 執 行 風 險 估 算 之 後, 即 進 入 風 險 評 量 階 段, 以 決 定 所 選 定 之 機 械 設 備 是 否 已 達 到 安 全 的 要 求, 或 是 尚 未 達 到 安 全 的 要 求, 而 必 須 進 行 危 害 消 除 如 果 必 須 進 行 危 害 消 除, 則 必 須 選 擇 和 應 用 適 當 的 安 全 對 策, 並 重 復 進 行 上 述 的 風 險 評 估 另 一 方 面 也 需 要 注 意, 不 可 因 為 增 加 了 安 全 對 策, 而 引 發 二 次 危 害, 同 時 也 應 將 此 項 納 入 風 險 評 估 的 範 圍 內 13 本 文 則 是 以 上 述 之 風 險 評 估 定 義, 針 對 某 半 導 體 晶 圓 廠 之 製 程 尾 氣 區 域 洗 滌 設 備 所 遭 遇 過 之 異 常 事 故 進 行 估 算, 並 提 出 風 險 矩 陣 評 估 方 法, 對 危 害 風 險 程 度 加 以 量 化, 以 獲 得 較 客 觀 之 數 據 後, 再 加 以 改 善 高 風 險 之 項 目 本 文 風 險 評 估 的 模 式 及 流 程 可 用 下 列 圖 3-1 表 示 : 異 常 事 件 資 料 收 集 危 險 性 或 高 潛 在 危 害 區 域? 是 嚴 重 度 危 害 曝 露 頻 率 重 大 潛 在 危 害 項 目? 是 否 否 日 常 檢 點 Checklist FMEA HazOp 危 險 項 目 的 指 定? 是 工 程 控 制 管 理 相 關 措 施 否 日 常 檢 點 圖 3-1 風 險 評 估 模 式 及 流 程 圖 - 43 -
3.2 風 險 分 析 技 術 之 選 擇 13 14 風 險 評 估 方 法 有 定 性 評 估 半 定 量 評 估 和 定 量 評 估 法, 有 由 上 而 下 的 (Top Down Assessment) 如 FTA ETA 等 ; 也 有 由 下 而 上 的 (Bottom Up Assessment) 如 FMECA 等 對 於 任 何 一 個 問 題, 必 須 考 量 事 件 的 特 性 及 大 小 嚴 重 程 度 發 生 頻 率 影 響 程 度 可 取 得 的 資 訊 可 投 入 的 資 源 等 等 的 因 素, 決 定 所 要 採 用 的 評 估 方 式 原 則 上 沒 有 最 完 美 的 評 估 方 法, 只 有 最 恰 當 的 評 估 方 法, 端 視 系 統 的 特 性 操 作 / 使 用 的 狀 態 預 期 分 析 的 目 的 等 因 素 而 定 圖 3-2 為 風 險 評 估 方 法 的 適 用 性 分 析 分 析 方 法 定 性 定 量 人 力 資 源 分 析 時 間 複 雜 度 人 員 失 誤 設 備 完 整 嚴 謹 度 適 用 性 可 落 實 性 類 似 OHSAS18001 危 害 鑑 別 風 險 評 估 初 步 危 害 分 析 (PHA) 假 設 狀 況 分 析 (WHAT-IF) 作 業 安 全 分 析 (JSA) 修 正 之 作 業 安 全 分 析 (JSA) 危 害 及 可 操 作 分 析 (HazOp) 失 誤 模 式 影 響 分 析 (FMEA) 失 誤 樹 分 析 (FTA) 註 : 表 分 析 人 力 較 少 分 析 時 間 較 短 複 雜 度 較 低,o 表 次 之, 表 反 之 圖 3-2 風 險 評 估 方 法 之 適 用 性 分 析 資 料 來 源 : 工 研 院 能 環 所 目 前 常 使 用 的 分 析 方 法 甚 多, 除 可 由 過 去 的 勞 工 職 災 紀 錄 評 估 風 險 外, 風 險 分 析 的 方 法 還 可 採 用 失 誤 模 式 與 影 響 分 析 (Failure Modes And Effects Analysis,FMEA) 初 步 危 害 分 析 (Preliminary Hazard Analysis,PrHA) 如 果 - 會 怎 麼 樣 (What-if) 危 害 與 可 操 作 性 分 析 (Hazard And Operability Study,HazOp) 工 作 安 全 分 析 (Job Safety Analysis,JSA) 或 是 任 何 其 他 的 適 用 方 法 重 點 是 風 險 分 析 的 完 整 性, 各 種 評 估 方 法 的 使 用 時 機 如 表 3-1 所 列 上 述 各 種 方 法 只 是 風 險 分 析 的 工 具 而 非 目 的, 切 勿 為 了 適 合 工 具 的 格 - 44 -
式 而 犧 牲 其 目 的 或 完 整 性 表 3-1 各 種 評 估 方 式 使 用 時 機 評 估 方 法 使 用 時 機 工 作 安 全 分 析 (JSA) 藉 觀 察 討 論 修 正 等 方 法, 逐 分 析 作 業 方 法, 以 發 現 作 業 環 境 佈 置 規 劃 設 計 中 潛 在 的 危 害, 並 找 出 機 械 設 備 和 製 造 過 程 中 可 能 產 生 的 危 害 初 步 危 害 分 析 (PrHA) 失 效 模 式 分 析 與 影 響 分 析 (FMEA) 危 害 及 可 操 作 性 分 析 (HazOp) 如 果 會 怎 樣 分 析 (What-if) 針 對 危 害 性 物 質 的 易 燃 性 易 爆 性 反 應 性 毒 性 等 本 質 危 害 (Inherenthazard) 進 行 辨 識 ; 及 針 對 製 程 操 作 條 件 溫 度 壓 力 液 位 組 成 異 常 或 失 控 時 之 系 統 作 用 危 害 (Inherenthazard) 進 行 評 估 評 估 製 程 中 設 備 可 能 失 效 或 不 當 操 作 之 途 徑 及 其 影 響 的 分 析 方 法 評 估 具 高 潛 在 危 害 之 製 程, 其 特 色 是 利 偏 離 引 導 字 (Guidewords) 與 製 程 參 數 組 合 後 發 展 出 有 意 義 製 程 偏 離 (Process Deviation), 以 檢 驗 製 程 區 段 之 異 常 偏 離 是 否 會 發 生? 發 生 的 原 因 為 何? 發 生 後 的 後 果 是 什 麼? 有 什 麼 危 害? 並 辨 識 系 統 既 有 的 防 護 措 施 和 設 計, 是 足 以 保 護? 風 險 是 否 可 接 受? 以 經 驗 為 導 向 的 危 害 分 析 方 法, 由 評 估 小 組 成 員 對 各 自 的 專 長 提 出 許 多 如 果.. 會 怎 樣? 的 問 題 來 挑 戰 製 程 或 系 統 的 設 計 或 操 作 方 式, 以 發 掘 潛 在 性 的 問 題 資 料 來 源 : 郭 今 玄, 勞 工 安 全 衛 生 研 究 季 刊 第 14 卷 第 3 期 - 45 -