影响半导体工业最新的法规与标准

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摘要： 本文主要告知读者影响半导体工业最新的法规与标准最新的变革，我们将涵盖典型的法规、工业标准、国家防火协会（NFPA）标准和最近火灾试验的发展情形。

    关键词： 半导体工业 建筑法规 工业标准 NFPA标准

    本文主要告知读者影响半导体工业最新的法规与标准最新的变革，我们将涵盖典型的法规、工业标准、国家防火协会（NFPA）标准和最近火灾试验的发展情形。一个晶圆厂的单位面积建造成本不断创新高。从过去20年来发生第一个火灾案例至今，最近五年内的灾例尤其重要。除了近几年远东地区两个洁净室被大火烧毁外，所有被摧毁的仍不是现在洁净室所关心的话题。大部分新的FAB有装设基本的洒水系统来保护，过去也常不定期发生小火，也很快复原。虽然今天火灾很少发生，但损失都高达数千万元。复原时间越来越长，商机中断损失也快速增加。最小的火灾会中断作业，导致人员疏散。被烟污染的洁净室，可预见必须清洗人员逃生时所穿的服装；也必须清理被烟所污染的零件和设备；并需重新稳定和校正大部分的机台，这些工作都需花数天来完成。因此有相当多的火灾法规与标准应用在高度管理的半导体工业，并不令人惊讶。最近很多法规与标准的变革对新FAB的建造和已运转的新旧FAB产生冲击，这些更新版本有半导体设备和材料国际指引（SEMI）；S14“半导体制造设备风险评估与削减安全指引”；S2第14节设备火灾防护；NFAP 318洁净室保护标准－2000年版；被提议新的NFPA建筑法规；FM测试协议4910；UL测试协议2360和SEMATECH ESHC006计划 #98123623A报告。以下依序介绍之：NFPA建筑法规

    NFPA人员将发展一致性的建筑法规当作他们所有一致性法规和标准的一部份，将在2002年发表一个推荐结构的法规（a Proposed Structural Code）。美国佛罗里达州Reedy Greek Improvement行政区提供他们的EPCOT建筑法规来协助NFPA发展，过程中会采纳很多专家的意见，也会和AGA（American Gas Association）、IAMO（the International Association of Plumbing and Mechanical Officials）、WFCA（the Western Fire Chiefs Association）合作。

    NFPA 318标准

    从1992年发表至今，2000年版已于2000年5月17日NFPA年度会议经由会员投票通过和接受，以下是更新的重要条文：

    在标准里并不打算限制新的工业技术和功能性替代方法。

    2-1.2.5节 假如硅甲烷分配区离建筑物的距离符合规定，使用自动洒水系统（Automatic Sprinkler）保护该区是可被接受的。

    2-1.2.6节 没有可燃物构造的Plenum、Interstitial和Attics空间里，Fire Sprinkler可免装设。附录另外提供如在上述空间发现所列举的可燃性材质，需装设自动洒水系统。

    2-1.2.9.2节 机台连接风管处如使用金属或是认证过的材质，此处可以免设Fire Sprinkler.

    3-1.2节 在补充空气处理器（MAU）和循环空气处理单元（RAU）需装设UL900等级I的过滤网（Filters），例外，如依照2-3节在最后一个过滤器的下游装设侦烟器时，可使用UL900等级II的过滤网（Filters）。

    3-3.4节 风管贯穿防火结构，在防火墙两侧的防火结构延伸距离，选择六呎或两倍管径中较大者。

    3-5-5节 烟排放系统的设计是很复杂的过程，需根据洁净室本身布局和可容忍的火灾大小及仔细地整合空气处理系统与排气系统。

    6-4.2节 提供在一个抽气的密闭空间内硅甲烷的平均浓度图，及通过限流孔的硅甲烷流量对照表。

    6-6.2节 每当容许制程兼容性时，次大气压渗杂气体系统应可用来取代高压钢瓶易燃性气体系统。

    7-1.7节 在大量的硅甲烷（Bulk Silane）设置时，每一管状槽车需有CG4形式的泄压阀。

    8-4.1和8-4.2节 使用独立电子式水加热器和电子式加热化学池（Bath）需要有接地失效断路器，温度控制器，低液位侦测器，过热侦测器等保护装置。

    8-5节机台应为不可燃。例外1包含所有小零件；例外2经表列可以接受的材质，可不使用内部火灾侦测与抑制系统；例外3允许使用像火灾洒水或侦测和抑制的其它控制方法。

    FM 4910洁净室材质易燃性测试协议

    材质火灾危害评估的指引，系利用三个小尺寸实验和一个大尺寸确认实验。小尺寸实验装置包含火灾产物收集器和资料估算设备，这些实验有点燃实验、火焰传播实验、燃烧实验。

    根据三个小尺寸实验可求得每一个材料下述指标值：

    1.火焰传播指标（Fire Propagation Index，FPI）：代表材料表面火焰传播容易与困难度，FPI值小于等于6表示为非传播材料。

    2.烟产生指标（Smoke Development Index，SDI）：此指标是FPI与烟产生率相乘的结果，代表火焰传播期间预期烟的释放率，SDI小于等于0.4表示烟产生量受限制。

    可上网www.fmglobal.com查询FM4910认证材质。

    FMRC全尺寸Wet Bench火灾实验

    采用PVDF、CPVC、PVC（白）、PVC（灰）四种聚合物的材质来做全尺寸实验，PVDF、CPVC为FM 4910认证的材料，PVC（白）通过火焰传播测试但没有通过烟产生限制测试，商用PVC（灰）不满足FM 4910的要求。结果显示非4910的聚合物会比4910的聚合物多产生7～10倍的烟灰。

    其中，中尺寸平行板的火灾实验可以得到全尺寸实验同等级的测试结果，且经费较节省。

    Underwriters Laboratories（UL）

    UL发展一套以Cone Calorimeter为基础的测试方法可以是FM 4910的另一种选择，UL 2360构造半导体机台的塑料的可燃性特征测试协议，塑料材料被分成限制传播“等级1”和“等级2”及自我传播“等级3”，定义如下：

    等级1：物质燃烧且限制火焰传播，FPI小于等于4；平行板实验火焰传播距离小于等于４呎。

    等级2：物质燃烧且限制火焰传播，FPI小于6；平行板实验火焰传播距离小于8呎。

    等级3：物质燃烧且传播火焰，FPI小于12；在测试的前10分钟内平行板实验最大火焰传播距离小于8呎。

    SEMATECH ESHC006计划，#98123623A报告

    针对一般Wet Bench使用的塑料材质（PP，FRPP，PVC）和非火焰传播材质（CPVC，ECTFE，PVDF），提出其与制程化学品的兼容性测试协议，“ Wet Bench塑料材质制程兼容性参数”报告已于1998年12月30日发表。三种工业标准测试方法用来决定下面三个参数：

    1. Outgassing参数：从加热的样品中去除有机化合物

    2. Leaching参数：藉由UPW和ozonated UPW过滤离子、元素和所有碳氧化合物。

    3. Extraction参数：藉由五种一般使用制程化学品来抽出元素。

    此协议可供未来采购新机台指引的一部份，参考其构成材质与制程化学品的兼容性。可上网www.sematech.org下载此份报告。

    SEMI S14

    半导体制造设备火灾风险评估与削减安全指引，其主要目的是创造一份因火灾引起设备风险评估报告且允许功能性替代方法来降低和削减这些风险危害。此指引并不适用来评估机台外部的起火源也不是用来保护人们。火灾风险评估应由有资格的团体（Qualified Party）来执行。

    基本上火灾风险因子有三：燃料、起火源、氧化剂，降低或移除任何一个因子会降低设备整体火灾风险。总结S14，1）提供正式的方法来评估各种潜在火灾危害和其风险；2）提供一标准分类的方法和告知使用者风险；3）也提供风险降低或削减方法的一些最小要求。

    SEMI S2-0200

    SEMI S2-0200半导体制造设备安全健康环保指引取代旧版SEMI S2-93A，第14节　火灾防护　设备火灾风险需要评估和报告，也需将风险削减纳入其中。当考虑风险削减时，建造的材质应先列入优先考虑。就建造的材质而言，每当可能时，应该使用非可燃性材质，第二、选择是不能传播火焰的材质。这样的观念与S14和NFPA318相同，材质的选用基本上是将火灾风险减至最小，也应认清其与制程化学品的兼容性，这点是极重要的。举例来说削减建造材质的危害，可使用非可燃性物质的屏障，将点火源与可燃性材质隔离，当然也可使用侦测与抑制系统。制程化学品危害削减应考虑用非易燃性化学品取易燃性化学品。风险削减也可使用工程控制方法像是连锁，当电力遽增或化学品溢散可能造成危害时，连锁应能在侦测系统或抑制系统不能正常运作时，防止上述危害发生。另一工程控制是排烟系统，能将烟抽离洁净室。另一风险削减的方法是利用火灾侦测和抑制系统，系统的组件应能适用在制程设备上，也应经过认证测试实验室的认可，且其应按照合适的标准来安装也能与厂务系统连结。其在维修时，或一个设备控制失效时，或紧急手动关闭按钮（EMO）按下时，应该要维持正常运作。灭火动作可能对环境的危害也应在报告中提出。

    希望本文提供读者对新法规与标准改变的一个起始的参考点。