半導體工藝設備維修過程中安全風險管理

朱 超，劉霞美，王秀海，趙英偉

（中國電子科技集團公司第十三研究所，河北石家莊 050051）

0 引言

半導體工藝設備指用于生產各類半導體芯片所需的生產設備，主要包括外延、刻蝕、薄膜沉積、光刻、離子注入、清洗、拋光等設備，屬于半導體行業產業鏈的支撐環節，在半導體產業鏈中的地位至關重要[1]。關鍵設備一旦出現故障可能會造成整條生產線停產，帶來較大損失。為了保障科研生產正常運轉，設備出現故障時維修人員能第一時間前往現場進行維修，擁有一支專業設備維修團隊，是企業高速發展的重要保障。

因生產工藝的要求，半導體生產行業存在一定的工業安全和職業健康危害因素，主要危險包含易燃易爆、有毒有害氣體，如H2、SiH4、PH3、AsH3、Cl2等。更為嚴重的問題是，半導體企業的生產設備通常安裝在密閉的潔凈廠房內，一旦因為設備原因導致火災，容易堵塞疏散線路，而且同時也會引起通風不暢等問題，最終導致大量人員傷亡[2]。此外，半導體維修過程中存在著多種風險，如機械傷害、有限空間作業、高空作業等。在職業健康方面工藝制造過程中的自動化機械設備會涉及強電、危險性氣體、危險化學品等因素[3]。

在生產過程中，設備的安全管理維修工作需要將人員安全放在首位，為了保證設備得以順利運行，必須針對設備進行安全管理，保證設備處于良好的運行狀態[4]。在維修過程中，首先要對安全風險進行辨識，其次需要專門構建標準化管理體系，通過建立、執行安全體系規章制度，嚴格遵守安全操作規程，杜絕“三違”（即違規作業、違章指揮、違反勞動紀律）作業，規范設備維修流程。最后通過安全教育培訓及防護用品佩戴，來確保維修過程中的安全，保障維修人員安全。

1 安全風險辨識與管理

由于半導體行業設備維修過程的特殊性，包括多種專用設備，其中涉及高電壓、大電流、高空作業、酸堿腐蝕、有毒有害氣體等環境因素。識別維修過程中，主要安全風險包括機械傷害、砸傷、觸電、有限空間作業、中毒、高處墜落等風險因素。風險源辨識過程應由安全管理人員與設備維修人員共同識別，根據現場維修環境不同分析可能存在的危險，并根據識別的風險源逐一制定管控措施。

為了規范設備維修流程，保障設備維修人員安全，制定一系列安全體系規章制度，包含風險源管控措施、安全生產責任制、防護用品發放制度、隱患排查治理制度以及安全培訓教育制度和應急演練制度等。通過執行整個安全體系規章制度，提升維修人員安全管理能力，掌握現場危險源管控措施，杜絕“三違”作業，減少維修過程中風險，為維修人員營造安全的工作環境。

本文將從以下6 個方面，對安全風險的辨識與管理進行闡述。

1.1 機械方面

設備維修過程中，往往存在由于操作不當引起的機械傷害風險。在維修過程中，存在配件、維修工具放置不當，操作過程中物品掉落，造成維修人員和其他現場工作人員砸傷的風險。另外，對于維修人員使用工具力度、方法的不同，有可能造成維修人員機械性的傷害。

應采取相應措施，加強對維修人員安全教育培訓，掌握安全操作規程，杜絕違章作業，對機械設備粘貼警示標識，加裝安全防護措施，做好日常檢查，消除隱患；為維修人員配備防護手套、防砸鞋，維修人員工作中佩戴防護用品，避免因配件、工具掉落發生砸傷事故。

在比較典型的離子注入機維修過程中，涉及大量氣動和電動部件，包括機械手、靶盤、真空鎖以及各種電機，這些部件的機械運動都有可能對維修人員造成傷害。另外，靶室是存在運動部件最多的區域，對設備進行檢查或維修時必須遠離運動部件，即使在操作臺將這些運動部件關閉，仍有可能造成誤動作，必須用手接觸運動部件時，應將電機電源或氣源徹底關閉。

1.2 電氣方面

電氣維修是半導體工藝設備維修中基礎維修，在常規電氣維修過程中，首先應確保斷電維修，尤其在進行高壓電維修時，需由至少兩位維修人員同時在現場，一位維修人員負責斷電，并在維修設備旁放置“維修現場，請勿靠近”警示牌，提示現場操作人員遠離設備，防止意外發生。維修人員在維修過程中，另一位維修人員應在電源旁看守，避免其他人員誤操作將電源閉合發生觸電事故。

半導體工藝設備一般為220 V、380 V 用電，電氣類維修首先應確保斷電維修，不得以任何理由進行帶電維修。維修時，需由至少兩位維修人員同時在現場，一位維修人員負責斷電，并在維修設備旁放置“維修現場，請勿靠近”警示牌，提示現場操作人員遠離設備，防止意外發生。維修人員在維修過程中，另一位維修人員應在電源旁看守，避免其他人員誤操作將電源閉合對維修人員造成傷害。維修工具是維修人員的“手”，應配備護手處有絕緣保護的工具，特殊類工具要保證質量過關，符合國家安全標準。維修工具損壞后應直接更換，杜絕“帶病”使用。

例如，離子注入機維修過程中包含多種電壓，如燈絲電壓、起弧電壓、吸極電壓、磁鐵電壓、后加速電壓、聚焦電壓、掃描電壓等，都有可能對維修人員造成傷害。離子注入機正常運行時，離子源是整個設備電勢最高點，其電壓等于吸極電壓與后加速電壓之和，終端電壓為后加速電壓，可能高達數百千伏，當吸極或后加速管高壓存在時，人員如果與高壓源距離過近可能產生電弧放電，從而造成安全事故，所以人員與設備的距離要達到安全距離及以上。為了防止高壓運行時對人員的傷害，離子注入機一般具有門聯鎖，只有當所有聯鎖的門關好時才能加上高壓，進行維護或維修時不要隨意地人為使門聯鎖裝置失效。如果確實需要在開門狀態下進行操作，必須經過相關訓練并做好相應的防護措施，至少有兩個人在場。進行斷電維修時，應用放電棒將離子注入機殘余的高壓導入地面，并將放電棒掛在離子源部分，以防止發生觸電或漏電的安全事件。

1.3 有限空間作業

隨著近年半導體生產任務繁重，為了保障生產任務按時完成，半導體工藝設備采購數量連年增長，但是由于生產廠房空間有限，導致設備安裝空間擁擠，一個房間可能存放多臺設備，且設備間距離過近，給后期設備出現故障需要維修時帶來了不便。

針對有限空間維修作業，維修人員活動空間有限，可能轉身的空間都不足，但有時維修人員需進入設備內部檢查故障，這就要求維修人員應根據設備操作人員描述故障現象初步判斷故障范圍，維修前應把設備周圍進行清理，盡可能擴大維修空間，并確保維修工具使用穩定、可靠，避免有限空間維修時工具對人員造成傷害。遇到需要進入設備內部進行維修的情況，首先應進行設備斷電，在保證光線良好的情況下進行維修作業，維修人員觀察設備內部接線情況，確定故障點后，謹慎操作，避免維修過程中觸碰其他線路導致二次故障的發生。

1.4 危險化學品及有毒有害氣體的使用

設備維修是在設備現場開展維修工作，由于生產工藝不同、設備使用不同，所以現場維修環境存在差異。有些設備在工作或維修過程中會使用到危險化學品，現場存在因操作不當造成危化品遺撒或泄漏風險，造成現場人員接觸危化品發生灼傷、中毒，嚴重時可能會引發火災或爆炸。例如，在真空泵維修過程中，泵油可能包含酸性和有毒物，更換真空泵油時應做好防護措施，注意不要讓皮膚接觸，并按照有害物處理辦法進行廢棄處理。真空泵的排氣管有可能會有害物沉積，必須定期對其進行清洗，清洗時要按照規范程序做好防護措施。

此外，應對維修人員進行安全教育，包括維修設備安全操作規程、現場危險化學品特性、接觸危化品應急處置措施、個人防護用品的正確佩戴和使用、現場應急物資及應急疏散路線。現場維修如需排空設備中危化品，應由設備操作人員按照操作規程完成，并將排出的危化品存放指定地點。維修人員禁止私自作業，維修結束后應檢查現場危化品是否有泄漏，確保設備恢復正常后方可離場。

電子特種氣體被稱為半導體制造中的“血液”，是半導體制造中第二大原材料。電子特種氣體主要用于清洗、蝕刻、離子注入、外延工藝等，常用的有三氟化氮、六氟化硫、氯氣、磷烷、砷烷等。電子特種氣體具有易燃易爆、劇毒的特性，所以在維修此類設備過程中，設備中氣體排空不干凈或氣體泄漏極易造成現場人員中毒，嚴重時可能會引發火災。

例如，離子注入機可能使用具有毒性、腐蝕性、令人窒息性、易燃易爆性的材料，包括氣體摻雜源如BF3、SiF4、P2F5、As2F5、AsH3、PH3、SiH4或 固 體 摻 雜 源P、As等，維修過程中更換氣瓶或固態源時必須嚴格按照程序規范操作，做好防護措施。

1.5 臨時動火作業

在維修半導體生產工藝輔助設備時，有時會使用氧氣瓶、乙炔氣瓶進行氣焊作業。乙炔屬于易燃有毒氣體，氧氣屬于助燃氣體，如在操作中乙炔出現泄漏，乙炔與空氣混合遇見火星或明火則會發生爆炸，造成氧氣瓶損壞泄漏，氧氣會促使爆炸更加猛烈。

半導體工藝設備維修中氣焊屬于特種作業，維修操作人員應經過專業培訓，通過考試，持證上崗。氣焊作業需要用到氧氣瓶與乙炔氣瓶，根據存放規定，氧氣瓶、乙炔氣瓶應分開放置，間距不得少于5 m，并設置防傾倒措施，防止泄漏引起爆炸。進行氣焊作業前，設備管理人員需申請臨時動火作業，并報安全管理部門審批，審批通過后設備維修人員開展氣焊作業。氣焊操作過程前，維修人員要佩戴好防護眼鏡，檢查氣瓶壓力，對作業現場進行檢查，確認無易燃易爆品。操作過程中氧氣瓶與乙炔氣瓶距離不得小于5 m、與動火點距離不得小于10 m，并在現場準備干粉滅火器、沙箱等應急物資，發生意外時使用，操作過程中嚴格遵守安全操作規程。

1.6 高空作業

凡在墜落高度基準面2 m 或以上有可能墜落的高處進行作業，維修人員應獨杜絕思想麻痹，重視安全帽、安全帶的作用。維修前應檢查安全帶各部位是否完好無損，作業過程中安全帶禁止掛在移動或帶尖銳棱角或不牢固的地方，安全帶必須高掛低用，杜絕低掛高用。為了保護設備維修人員安全，建議遇到高處維修作業可請設備供貨商派專業人員進行維修。

2 安全風險管理效果

由于企業前期安全風險管理體系文件建立不完善，設備維修人員在維修過程中，曾出現過因注意力不集中或無防護措施，造成維修人員被維修配件、工具掉落砸腳、機械夾手、危險化品飛濺致維修人員衣服灼燒、高處作業跌落等人員受傷的情況。

隨著設備及生產的需求，安全風險管理文件日益完善，通過執行安全體系規章制度，分析維修過程中風險源、多次開展安全教育培訓、增加防護用品的配備、組織應急演練等措施，維修人員再未出現過砸傷、夾手、跌落、灼燒等人員受傷事故，保障了維修人員人身安全，維修操作更規范，提升維修效率，保障半導體工藝設備正常運行。

3 結束語

本文通過分析半導體行業設備維修過程中涉及的安全風險源，針對這些風險源建立、采取一系列相應措施，執行安全體系規章制度，嚴格進行安全教育培訓，以及相應防護用品的配備，不僅保障維修過程中維修人員與現場工作人員的安全，同時也保障了設備的安全，使得半導體工藝設備順利維修、正常運行。