晶圓廠用哪些氣體？為什麼要那麼小心

晶圓廠用的氣體大致分兩種。大宗氣體像氮氣、氧氣、氬氣、氫氣，用量很大，從廠外的大儲槽或製氣設備用管子一路送進來。特殊氣體，業界常簡稱「特氣」，像蝕刻用的氯氣、長薄膜用的矽甲烷，用量少，可是有的有毒、有的會腐蝕、有的碰到空氣就會燒，多半一瓶一瓶放在氣瓶櫃裡送出去。兩種都要非常純，所以廠裡用一層一層的設備和程序看著它們。

晶圓廠為什麼要用那麼多氣體？

因為很多步驟就是在氣體裡做的。爐管通氧氣長氧化層；薄膜區讓氣體在晶圓表面起反應，鋪上一層新材料；蝕刻把氣體點成電漿，把材料刻成氣體帶走；離子植入把含硼、含磷的氣體變成離子打進矽裡。

氣體進了機台，再由流量控制器管著每一種流多少，單位常用 sccm。

大宗氣體是什麼？各用在哪？

大宗氣體像家裡的自來水：量大、一直在用，打開就有。

氣體	常用在哪
氮氣	不太起反應，拿來把管子、機台裡的空氣和水氣趕走，保護怕氧化的東西
氧氣	爐管裡讓矽長出二氧化矽（見「爐管在做什麼？」）
氬氣	不起反應、原子又夠重，濺鍍時點成電漿去撞靶材（見「薄膜製程是什麼？」）
氫氣	有些長膜步驟用它把別的氣體帶進腔體，有些加熱步驟也會通它

氮、氧、氬都來自空氣：空氣大約八成是氮、兩成是氧，還有不到百分之一的氬。把空氣冷到變成液體，再照沸點一樣一樣分開，就得到這三種。還有一種常見的是氦氣：它很會傳熱，蝕刻時通在晶圓背面幫忙散熱（He 背壓）。

特殊氣體（特氣）是什麼？為什麼危險？

特殊氣體是製程用的氣體，很多有毒、會腐蝕或易燃。它比較像藥房裡上鎖的藥：每一種量不多，各有專門的用途，也各有危險。

• 蝕刻用的：含氯的氣體常用來刻矽和金屬，含氟的常用來刻二氧化矽（電漿怎麼刻，見「蝕刻是什麼？」）。氯氣比空氣重，漏了會往低處積；碰到眼睛、喉嚨這些濕的地方，腐蝕性很強。
• 長薄膜用的：矽甲烷（英文 silane）提供長膜要的矽。它碰到空氣，不用點火就可能自己燒起來。
• 離子植入用的：含硼、磷、砷的氣體，有些毒性很強。政府職業安全機構的資料提醒：其中有一種吸進去不會刺激、也不會馬上有感覺，光靠鼻子聞，不足以發現它。

連大宗氣體也不能大意。氫氣很容易燒，空氣裡只要大約百分之四就可能點著。氮氣本身沒有毒，可是在密閉的地方大量漏出來，會把氧氣擠掉；人聞不到、也沒有感覺，只有儀器量得出來。

所以原則是：不靠人的鼻子，靠設備和程序。

氣體怎麼從樓下送到機台？

特殊氣體走的路，大致是「氣瓶櫃 → 閥箱 → 機台」，很多放在無塵室樓下的廠務層，由廠務顧著（fab 裡還有什麼，見「fab 是什麼？」）。

1. 氣瓶櫃：鋼瓶關在鐵櫃裡。櫃子一直在抽氣，裡面的氣壓比外面低一點，萬一漏了，氣體也先被抽走。櫃子後面一整片閥和減壓器，把瓶子裡的高壓降下來；偵測器讀到漏、排氣停了，出口的閥會自己關上。
2. 閥箱：一條氣體管分到好幾台機台的分歧箱。每一支有自己的閥，箱子也接排氣。
3. 管子：送高純度氣體的，多用內壁磨得很光滑的不鏽鋼管。有毒的常用雙層管：內管走氣，外管把漏出來的先接住，兩層中間有偵測器看著。要拆的接頭，中間夾一片金屬墊片。

廠務怎麼巡這些東西、怎麼換瓶，見「廠務工程師在做什麼？」。

為什麼要那麼小心？保護是一層一層疊的

職業安全常講一個順序：能用設備把人和危險隔開，就先用設備；再來是規定和程序；個人防護裝備是最後一道。氣體也是這樣排的。這裡講的是道理，不是操作步驟；真正的作法，每座廠都有自己的程序和訓練。

• 先關起來：氣瓶櫃負壓抽氣、雙層管、會自己關的閥。
• 一直在聞：氣體偵測器替人聞那些聞不到的氣體。它會隨時間飄，所以要定期拿一點測試氣體吹它，確認它會響（功能測試）。
• 動管子之前：先上鎖掛牌，把閥鎖住，讓別人知道有人在修；再吹淨，用氮氣把管子裡剩下的氣體趕乾淨。
• 接好之後：測漏，確認接頭沒有縫；新的管子還要保壓，灌滿氮氣放著，看壓力有沒有慢慢掉。
• 人的那一道：換有毒氣體的鋼瓶時，常見的做法是兩個人一組，戴好呼吸防護。
• 用過的也要管：氣體在機台裡不會全部用掉，剩下的和反應出來的東西，要先經過尾氣處理燒掉、分解或用水洗掉才排出去；有些含氟的氣體還是很強的溫室氣體。

氣體為什麼要那麼純？

晶片上最細的線只有幾十奈米，有些膜只有幾奈米厚。氣體裡多了什麼，就可能跟著進到腔體，留在膜裡或晶圓表面。特別怕水氣和氧：一點點，就可能讓膜長得不對，或讓不該氧化的地方氧化。

純度常用「幾個 9」來講：99.9999% 叫六個 9，雜質只剩百萬分之一。晶圓廠在意的雜質，還要再往下算到十億分之幾（ppb）。十億分之一有多少？一座奧運規格的游泳池大約裝 250 萬公升的水，十億分之一大約是 2.5 毫升，差不多半小匙。

純的不只是氣體本身，路也要乾淨。管壁會吸住一點水氣，再慢慢放出來，所以管子內壁要光滑，也盡量不留氣體流不到的死角。換瓶的時候管子打開一下，空氣和水氣就可能跑進去；所以吹淨不只保護人，也保護後面那一片片晶圓。水也一樣，見「超純水有多純？」。

在 fab24hr 裡

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「量產廠」，左右滑到廠務工程師，你顧的就是氣體和化學品。深夜班「值夜」，在中控室看一面牆，大宗氣體、特殊氣體各有一格。早班「換瓶」，你和惠如兩個人、戴好呼吸防護，換廠務層 B 櫃裡那一瓶蝕刻用的特殊氣體；省掉的步驟，之後會回來找你。午班「搬入」，新機台一條一條接管，新的氣體管要保壓，等不等滿由你決定。晚班「櫃子裡的一點點」，B 櫃的偵測器讀到一點點，要分辨是真的漏，還是偵測器飄了。氣瓶櫃也可以在「晶圓廠的機台，拆開來看」裡拆開來看。

遊戲裡的廠、人物、機台編號、櫃子裡放什麼氣體都是虛構的，也沒有寫吹淨要幾次、警報設在多少這些數字；晶圓廠用哪些氣體、為什麼要小心，照公開的一般資料寫，不代表任何一家公司的做法。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。