浅谈半导体制造设备的火灾风险

半导体芯片制造过程非常复杂，其中使用的制造设备精密昂贵，生产环节还会用到大量的化学品，包括有毒易燃的化学品，于是半导体制造工厂火灾爆炸事故容易发生。火灾会带来巨大的损失，工厂停工停产，财产损失，人员伤残，甚至影响到全球半导体部件的走势行情。火灾事故举例1.韩国海力士半导体位于江苏某厂区发生大火。大火产生的浓烟数十公里外可见，车间气泵爆炸，火苗进入主管道，管道内全是有毒酸性易燃液体，引发大火。2.Diodes达尔科技位于美国的KFAB晶圆厂发生火灾，事故区域为该工厂的湿法刻蚀晶圆制造区。因为这场火灾，位于KFAB工厂的所有产品将全部暂停供应。3.三星电子的某半导体厂区发生火灾。区域为废水处理设施区域，该设施主要用于处理半导体生产过程中产生的废水废气。4.日本Kioxia的Fab6工厂发生火灾事件，机台设备失火。灭火花了三天。预计半年才能恢复。火灾现场照片容易发生火灾的制造设备在芯片制造过程中，我们常见的容易发生火灾爆炸的制造设备如下：（1）化学气相沉积：关键设备为CVD机；（2）扩散：该工艺过程对温度和时间依赖性很强。关键设备为炉管。（3）光刻：关键设备为光刻机，使用易燃的光阻剂，对振动非常敏感。（4）蚀刻：关键设备为蚀刻机。分干蚀刻及湿蚀刻两类。（5）离子植入：关键设备为离子植入机。（6）化学机械研磨：关键设备为CMP机。（7）物理气相沉积：关键设备为PVD机。（8）清洗：关键设备为清洗机。产生火灾的要素分析一般来讲，产生火灾的三个要素：点火源/达到燃点，易燃/可燃材料，助燃剂。通常点火源包括直接火源，电加热，元器件触点电火花，静电放电火花，化学品剧烈反应（包括自燃）等。在设计半导体设备时，设备商就需要充分考虑设备使用的环境和条件，尽可能在使用可燃/易燃材料的设备中避免产生上述的点火源。例如在IPA使用环境中，不使用电气器件，或者使用有防爆认证的安全器件。选用接地的金属管线等。易燃/可燃材料方面，易燃/可燃/阻燃都是一个相对的概念，在半导体制造设备的设计中可以根据实际使用环境，选择更高燃点的材料/不燃的材料/添加阻燃剂的材料。但是有时候选择了阻燃材料，却仍然会出现起火的现象，为什么呢？其实就是因为其中材料规格的选择没有完全的匹配。举例，一台设备正常工作中最高温度可达到100℃，选择的阻燃材料耐温150℃，是否就安全呢？不然。耐温材料在超过极限值后，其性质可能迅速发生变化，当设备故障条件下温度达到200℃时，可能就会因为绝缘击穿导致电器短路起火，火灾也就发生了。助燃剂是设备设计过程中容易忽视的一个环节，一般厂商只考虑到空气或常规使用的化学品，没有考虑次生产品，使用环境等。在考虑设备材料选择的合理性之后，一定要考虑通风，排气等因素。当然，除却考虑设备本身的防火安全，还要考虑到起火后的防止和控制火势蔓延的措施，包括排烟通道设计，火灾侦测系统的设计，灭火系统的设计等等。SEMI防火标准在美国半导体协会SEMI的标准中，针对半导体制造设备的防火风险，除了专门的SEMIS10风险性评估外，SEMIS2中专门有防火的章节，S14为半导体制造设备火灾风险评估和减轻的安全规范，同时，针对化学材料，SEMIS6做为通风排气系统的EHS安全规范。所以不论设备方，FAB厂，认证方，都需要熟悉标准，按照标准要求进行评估。最好再给两点建议：一、严格控制火灾三大要素的其中两种因素到可控的安全风险以下。优先合理选择非易燃/可燃材料，工艺化学品，从源头杜绝燃烧可能；选择具有安全认证的合格电气部件，严格按照规格和环境要求。二、不可避免的存在两种安全风险的前提下，需要根据情况合理设计火灾侦测和灭火系统。如需对半导体制造设备进行防火风险分析，或者鉴定评估，欢迎致电上海欣项科技