特种气体供应系统简介
Special gas
特种气体（Special gas）简称特气，是指那些在特定领域中应用、对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。在半导体器件，尤其是大规模和超大规模集成电路的生产过程中用途广泛。
应用领域
Application Layer
清洗、刻蚀工艺
氧化、沉积工艺
离子注入、外延工艺
......
刻蚀清洗机结构示意图
以半导体行业为例，可以发现特气在工艺制程上的应用十分广泛，就比如磷烷、砷烷在氧化/沉积、离子注入、外延等工艺上就有非常重要的作用：
磷烷是半导体器件制造中的重要N型掺杂源，其可用于多晶硅化学气相沉淀、外延GaP材料、离子注入工艺、MOCVD工艺、磷硅玻璃钝化膜制备等工艺中。
砷烷主要用于外延硅的N型掺杂、硅中的N型扩散、离子注入、生长砷化镓和磷砷化镓。由于二者分子结构相似，工艺技术同源、应用场景相似，迄今尚无替代材料。
离子注入原理示意图
除此之外还有其他特气的应用场景，比如在清洗、刻蚀工艺中，主要会用到NF3、SF6气体。这里就不一一例举，感兴趣的小伙伴可以去了解整个工艺流程。
系统位置
System location
特气系统位置
特气站、硅烷站
特气柜及管路示意图
特气供应系统的供应设备一般按照气体理化性质设置在Sub FAB支持区特定房间内，如毒腐气体供应间，可燃气体供应间，惰性气体供应间。
如过气量比较大时，需要槽车供应，亦可单独建设一个特气站，将特气供应设备设置在特气站不同气体房内，便于更换槽车。
硅烷因其可自燃、易形成爆炸性气体的特性，需要建设一栋硅烷站，单独放置硅烷供应系统。同理，氢气供应设备也需要放置到独立的氢气站。Sub FAB支持区可燃气体供应间外墙需要做成泄爆墙。
系统构成
System composition
供应设备
输配系统
侦测系统
供电系统
特气供应系统主要由特气供应设备， 特气输配系统，特气侦测系统，供电系统及GMS仪控系统组成。
供应系统
特气供应设备包括：
气柜GC，pigtail box，地磅，JVB，scrubber，N2 Purge Rack，中和塔。
气柜GC（Gas Cabinet）的作用是：气体加热，调压和过滤，以及气瓶或槽车的自动切换。
Pigtail Box的作用是：更换钢瓶或槽车时对管道进行吹扫消除残留气体，对钢瓶接头保压。
地磅的作用是：称量钢瓶，重量达到下限值时联动气柜自动切换至满瓶。
JVB（Joint Valve Box）的作用是：新气源导入，通过JVB可以将新气源只导入指定机台，避免对量产机台造成影响。
Scrubber的作用是：将换瓶吹扫产生的有毒气体吸收处理。
N2 Purge Rack作用是：给吹扫及保压过程提供高纯氮气。
输配系统
特气输配系统包括：
管道，VDB，VMB，管道伴热。
特气输配管道依据气体理化性质采用对应材质，比如：惰性气体采用SUS316L EP；剧毒及自燃气体采用SUS316L EP+SUS304 AP双套管；腐蚀性强的气体采用SUS316L VIM+VAR。
VMB示意图
VDB，VMB都是阀箱，VDB是VMB的上游，主管道进入VDB分流成多个支管，每个支管连接一个VMB，VMB同样分流成多个支管，各支管接入不同制程设备,VDB一般只分流，VMB则既分流也可以调压、过滤。
有的特气饱和蒸气压比较低，常温下容易液化，需要做管道伴热并设置温控箱自动调节温度，比如氯气，氨气。
以氯气为例，上图为氯气供应系统的供应流程图。
侦测系统
特气侦测系统包括：
盘面，侦测器本体，取样管。
侦测的气体主要有毒腐性，可燃性气体，采用泵吸式侦测器；密闭房间需要设置氧气侦测器，采用扩散式侦测器。
取样点需要设置Scrubber排气、GC/JVB排气、气体房环境点、VDB/VMB排气、洁净室环境点、制程设备阀箱，Local Scrubber排气等。
盘面一般就近设置，易燃气体侦测器盘面一般设置在电气间以满足防爆要求。
侦测器精度一般为PPM级别，电化学式，要求更高精度则可选用PPB级，纸带式。
泵吸式侦测器取样管长度在30米以内，PFA软管，一个侦测器有进气/出气两根管，从哪取样则从哪排气。排气管道取样需要设置L形弯头，入口迎着气流方向
供电系统
特气站供电：厂区电力系统同时提供GPS（市电）及UPS（不间断电源）给特气系统，GPS与UPS连接到STS（静态电源切换开关）电柜，再由STS供应至用电设备，这部分电源仅用作控制电源，不供电给钢瓶加热及管道伴热。GPS盘柜另取一路电源给加热系统或废水泵供电。
FAB内供电：厂区电力系统同时提供GPS及UPS， GPS与UPS连接到STS，再由STS供电给FAB内RIO盘，VMB，侦测器等。
特种气体市场状况
近几年，我国特种气体行业需求快速增长，2021年特种气体市场规模已达342亿元，预计2025年特种气体市场规模将达到691亿元。
由于半导体产业迅猛发展，电子特气市场规模迅速扩张，占据特种气体比重不断提升，2021年占比为63%，预计未来占比会继续提升。
