半导体芯片厂有害气体检测器使用经验之探讨

胡仕新
宝维士联盛工程咨询上海有限公司，上海200031

文章摘要:本文除概略介绍气体检测器的种类外，主要对气体检测器的原理和在实际使用中的局限性作一基本归纳叙述。限于篇幅，本文将论述的重点放在气体检测器的选用与设置规划上，提出个人的一点心得与看法，以作为未来设置气体检测器系统时之参考。
文章主题:半导体芯片厂 气体检测器 可燃性气体 毒性气体 检测器评估

文章内容：半导体芯片厂有害气体检测器使用经验之探讨胡仕新(宝维士联盛工程咨询上海有限公司上海200031)摘要:本文除概略介绍气体检测器的种类外,主要对气体检测器的原理和在实际使用中的局限性作一基本归纳叙述.限于篇幅,本文将论述的重点放在气体检测器的选用与设置规划上,提出个人的一点心得与看法,以作为未来设置气体检测器系统时之参考.关键词:气体检测器可燃性气体毒性气体检测器选择检测器评估设置规划1概述我国半导体工业近年来发展迅速,半导体芯片厂使用了太多以往并不曾使用的各种特殊材料气体,而且其用量有强劲的上升趋势.特殊材料气体所具有的危害性是非常多的,包括毒性,自燃性,助燃性,自行分解性,窒息性,腐蚀性等,特别是其毒性一般都是非常强的.一方面,这些特殊材料气体中有许多对人体有害的物质,另一方面,易燃易爆的特殊材料气体例如硅烷()泄漏后易引起火灾爆炸的事故发生.另外,这些气体多在洁净室(1)内具有密封性的环境中使用,一旦发生泄漏时危险性极大,其损失也非常庞大.为了防止这些物质在正常状况下之微量泄漏或在特殊紧急状况下的大量泄漏而造成难以弥补的生命财产的损失,必须针对这些危险性气体,在使用,储存时,采取适当的安全对策加以监控,如装设有害气体泄漏集中监视系统,漏气报警连动切断系统等等,以期将灾害程度降至最低.如此一来,针对工厂具有危险性的环境及设备进行监测,就显得格外重要.气体检测器的使用,在现今半导体工业已成为必备的环境监控仪器.化学灾害的预防,除了有赖于平时提高警觉外,气体检测器为最直接的监测工具.固定式气体检测器的使用也就是在这种需要的情况下,大量装设于工厂内,且日渐增加.固定式检测器可用以连续监测现场状况,即使在人员禁止进入的危险区域场所,工厂安全人员仍可借助监测系统的资料传输功能,在控制室内随时掌握现场是否有任何异常现象,以期防范于未然.使用固定式气体检测器的另一个目的,是能藉其了解平时微量泄漏是否已达到危害人体健康的标准,以及在大量外泄前能提出预警以防止灾害的发生.目前国内各工厂使用的气体检测器几乎全为进口产品的天下,工厂安全人员仅能由检测器厂商处得到一般的操作手册或简单的测试报告,缺乏对所使用的检测器本身的了解和研究.例如该气体检测器的检测原理及使用上的局限性?在国内的环境内,温度与湿度的变化对它的影响如何?可否用其它种类的气体检测器取代而得到更佳的监控效果等等.这些问题都必须对气体检测器本身有较深入的了解才能解答.笔者有幸参与了一座8英寸半导体芯片厂气体检测器系统的规划设计和施工管理,并结合作者在半导体厂多年的实践经验,先对气体检测器的种类作一般生的简介,然后对气体检测器的基本构成和2003,中■牟导俸71采样方法以及检测原理和在实际使用中的局限性作一基本归纳.2气体检测器的种类气体检测器可应用于许多方面,诸如:工业安全,工业卫生,环境监测,污染防止等等.目前用于工业安全方面的气体检测器种类繁多,依其功能可分为四大类:(1】仅具有显示装置的气体检测器,如检知管;(2)具显示及记录装置的气体检测器,如电化学式,触媒燃烧式,半导体式,红外光式,化学纸带式等;(3)具有选择性的气体检测器,如可携带式霍氏红外光谱仪;(4)遥测式监测技术,如长光径气体监测器等.依气体检测器的可移动性分为两种:(1)可携带式;(2)固定式.本文主要针对固定式气体检测器在半导体芯片厂应用进行探讨,对可携带式检测器,仅提出在何种情况下使用以供参考.气体检测器发展至今,各家厂商提供了迎合各式需求的设计产品,一般都可以在市场上找到.表1为目前市场上气体检测器的种类.就检测器分类而言,并没有一个固定的分类模式,分类只是帮助记忆或有助于了解其检测原理而已.在这些检测器中,具有优越性能的很多,一般均可用作为现场泄漏报警检测器使用.3气体检测器的基本构造及采样方式对一般气体检测器来看,其基本构造是由检测部分(感测器,信号处理,输出,对外控制)和报警指示部分组成.其形式有将前述两部分分离,将报警指示部分设置于显示盘面上,而将感测部分设置于可能有泄漏危险之场所的所谓分离型,以及使两部分成为一体而设置于可能有泄漏危险之场所的所谓一体型.图1为气体检测器基本构造图.至目前为止,在国内半导体工厂中,利用电化学方式检测的一体型检测器数量较多,随着科技的进步,检测气体的方式也随之进步,今后的发展方向将趋向于分离型.表1气体检测器的种类电化学法光学方法其他色谱分离法溶液导电方式红外线吸收方式火焰流离方式恒电位电解方式可见光吸收光度方式热传导方式隔膜伽伐尼电池方式光干涉方式接触燃烧方式电量法化学发光方式半导体方式隔膜极法试纸光电光度方式图1气体检测器基本构造图另外,依气体导入方式的不同气体检测器还可分为泵吸引采样的主动式和扩散采样的被动式.(1)扩散采样方式这是一种将检测部分(感测器)设置于危险场所,泄漏气体籍自然扩散到达并渗透进入与感测器接触而感应之方式.扩散式检测定器用于环境较佳的场地或室内,室外泄漏气体易滞留之场所.例如:薄膜区域或使用氢气的机台,宜采用扩散式气体检测器进行监测.(2)泵吸引采样方式这是一种将取样管设置于危险场所,以泵或气压泵加以吸引,将泄漏气体导入与感测器接触而感应之方式.由于使用了滤清器,雾滴分离器等前处理装置,泵吸引式检测器适合于环境恶劣场所的检测.例如对气体站房或气体贮藏库等区域,宜采用吸引式气体检测器进行监测.4气体检测器的检测原理与特性气体检测器是根据大气中特定的气体成份而呈现的物理,化学现象,将其转换成电信号的装置.其用途,从当初的防灾用,今扩大应用到各种工艺控制,环境保护等多种气体的监测.目前,市场上常用的气体检测器之种类繁多,其所依据的检测原理也都不相同,在使用上也有一定的限制.过去国内市场上几乎没有市售的,随着我国半导体工业的持续发展,针对半导体工艺用的特殊材料气体检测器正在大规模地进入国内市场,从而使我们对各种不同类型的气体检测器的优劣,实用性等有了进一步的了解.笔者曾经使用过电化学式(,)与化学色带式()二种不同检测原理的气体检