一套完整的中央式气体供应系统(TGSS:Total Gas Suply System)应具备以下的几个项目:(1)大宗气体供应系统,(2)特殊气体供应系统,(3)气体精制设备,(4)连续性线上品质监控系统,(5)危险性气体监控系统,(6)废气处理系统,(7)高等级气体供应管线,(8)厂务供应配合系统,(9)气体钢瓶储存室,(10)气体供应管理等。
1.大宗气体供应系统(Bulk Gas):此部份供应之气体,已在前面之章节述及,N2、H2、O2、He、Ar等均属之;此部份之气体除N2外大部份是以槽车载运灌充至置放现场之液态桶槽,经蒸发器、过滤器、气体精制器而至现场使用。而N2气体因其用量较其他大宗气体来得大,故现在的半导体或液晶光电厂已要求气体供应商于厂内另建氮气厂;或是气体供应商在工业区附近兴建大型之N2厂,以气体管线供应至各家签约厂商,各家厂商在厂内亦同时设置液态氮筒槽做相互支援用,此供应系统不仅可节省气体成本,亦可获得稳定的供气来源,此为大势所趋,图4-2即为此供应流程。
2.特殊气体供应系统:除了前述之大宗气体外,余所有气体均属之。此系统是以气体钢瓶柜(Cylinder Cabinet)形式供应;气瓶柜一般设计内置3个钢瓶,2支为供应之主要气体,其中一为供应,另一则为备用,当供应之钢瓶即将用罄时会自动切换至备用之钢瓶继续供应。第3个钢瓶则为N2钢瓶,此N2钢瓶之作用是于更换用罄之钢瓶时作稀释和排杂(Purge)用,以免意外之发生。特殊气体供应系统之供应室一般是将惰性气体供应室放置于腐蚀性/毒性和爆炸性气体室之间,以为缓冲隔离之用,减少事故之发生。图4-3是为特气供应系统流程例。
3.气体精制设备(Purifier):此设备另称气体纯化设备,是将品质较差之大宗气体再次精制成为现场所需的较高品质等级的气体,此精制设备,一般所用者有N2、O2、He和Ar等。气体之精制原理有四种,分化学反应(又称触媒反应)、化学吸附、物理吸附(即低温吸附,利用液氮冷却活性碳吸附不纯物)和薄膜扩散(使用在H2上)。如图4-4为氮气、4-5为氧气,4-6和4-7为氢气之纯化原理图。气体精制设备,其功能是在除去气体中之杂质或不纯物,如CO、CO2、H2O和THC(总碳氢量Total Hydrogen Carbon)等。表4-4为大宗气体中各气体之纯化原理方式和可除去之各项不纯物。
4.连续性线上品质监控系统(CQC:Continues Quality Control):此系统之功能在于提供气体供应系统之即时资讯,此资讯包括了流量、压力、各周期日报表,历史供应曲线、品质状况等,是对厂务运转人员相当有帮助且重要的资讯来源,其系统架构如表4-5所示。
5.危险性气体监控系统(Toxic Gas Monitoring System):此系统之目的在监视气体供应过程中有否泄漏或不正常现象发生,以便极早通知管理工程师做紧急之处置,免于危险之发生,是为气体供应统中,人员生命的把关者,也是不可欠缺的系统之一,此系统将在后面之章节中再述之。
6.废气处理系统(Dry Local Scrubber):废气处理系统之设置目的是在处理更换钢瓶时所排放出来之残留气体,或是气体供应室之钢瓶有泄漏现象时之紧急处理用途,是属于安全和环保之处理系统。
7.高等级气体供应管线:此管路是为气体供应至制程设备之输送管道。管线需考量输送之距离,距离愈长,成本愈高,风险也越高。由于扩充性之不易,故需预留适当之阀组。流速设计一般气体为20c.c/sec,可燃性气体则为<10c.c/sec,腐蚀性和毒性气体为<8c.c/sec,故一般之管路尺寸为1/4"~3/8"最多。气体管在惰性和腐蚀性之气体中使用者为一般之单层管;而具爆炸性和剧毒性之气体如SiH4、PH3、AsH3则使用双层管,而管路材质之选用,在特殊气体和经精制后之大宗气体则使用SUS316LEP 管(Electro-Polish电解研磨抛光),而与晶片或产品直接接触但不参与制程反应之气体如GN2(General
N2)和CDA,则使用SUS316LBA(Bright Anneal 光辉烧结)管;另一种未经特殊处理的AP管(Annealing & Picking)则用于双层管之外套管。此处所用双层管之目的在于保护内管避免直接受到外力撞击和将由内管渗漏之气体阻绝于外管,并利用检知仪器进行侦测。
8.厂务供应配合系统:厂务供应配合系统指的是于气体供应室内所安装设置的排气管、氮气管、消防系统、防爆电气系统、冷气空调和面罩式空气管等,这些系统均是供应室运转所需或是安全性器材。
9.气体钢瓶储存室:此储存室是置放备用气体和已用完气体钢瓶之处,其一般依气体性质之不同而分别置放,实瓶和空瓶分开,此室因基于安全因素,大都另辟空间设置,尤其是厂区角落远离厂房之地区为最常选用点,防爆门和墙,较脆弱性屋顶层结构和完善的消防设施系统是为考虑重点和必备条件。
10.气体供应管理:气体供应管理重点包含了(1)环境管理如温、度湿度、压力和微尘粒子之管制,(2)帐务管理如气体钢瓶更换记录,设备检修记录等,(3)建物管理,含盖受变电设备,空调、照明设备及排气系统等,(4)保安管理,有消防设施、监视警报系统、指示表示设备等,(5)应变管理:紧急连络系统、防护装备、警告标示等均属之。