半導體工藝設(shè)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(shè)備指用于生產(chǎn)各類半導體芯片所需的生產(chǎn)設(shè)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(shè)備，屬于半導體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐環(huán)節(jié)，在半導體產(chǎn)業(yè)鏈中的地位至關(guān)重要[1]。關(guān)鍵設(shè)備一旦出現(xiàn)故障可能會造成整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，帶來較大損失。為了保障科研生產(chǎn)正常運轉(zhuǎn)，設(shè)備出現(xiàn)故障時維修人員能第一時間前往現(xiàn)場進行維修，擁有一支專業(yè)設(shè)備維修團隊，是企業(yè)高速發(fā)展的重要保障。

因生產(chǎn)工藝的要求，半導體生產(chǎn)行業(yè)存在一定的工業(yè)安全和職業(yè)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(yè)的生產(chǎn)設(shè)備通常安裝在密閉的潔凈廠房內(nèi)，一旦因為設(shè)備原因?qū)е禄馂?zāi)，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(yè)、高空作業(yè)等。在職業(yè)健康方面工藝制造過程中的自動化機械設(shè)備會涉及強電、危險性氣體、危險化學品等因素[3]。

在生產(chǎn)過程中，設(shè)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(shè)備得以順利運行，必須針對設(shè)備進行安全管理，保證設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)[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(gòu)建標準化管理體系，通過建立、執(zhí)行安全體系規(guī)章制度，嚴格遵守安全操作規(guī)程，杜絕“三違”（即違規(guī)作業(yè)、違章指揮、違反勞動紀律）作業(yè)，規(guī)范設(shè)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(yè)設(shè)備維修過程的特殊性，包括多種專用設(shè)備，其中涉及高電壓、大電流、高空作業(yè)、酸堿腐蝕、有毒有害氣體等環(huán)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(yè)、中毒、高處墜落等風險因素。風險源辨識過程應(yīng)由安全管理人員與設(shè)備維修人員共同識別，根據(jù)現(xiàn)場維修環(huán)境不同分析可能存在的危險，并根據(jù)識別的風險源逐一制定管控措施。

為了規(guī)范設(shè)備維修流程，保障設(shè)備維修人員安全，制定一系列安全體系規(guī)章制度，包含風險源管控措施、安全生產(chǎn)責任制、防護用品發(fā)放制度、隱患排查治理制度以及安全培訓教育制度和應(yīng)急演練制度等。通過執(zhí)行整個安全體系規(guī)章制度，提升維修人員安全管理能力，掌握現(xiàn)場危險源管控措施，杜絕“三違”作業(yè)，減少維修過程中風險，為維修人員營造安全的工作環(huán)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(shè)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(xiàn)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(yīng)采取相應(yīng)措施，加強對維修人員安全教育培訓，掌握安全操作規(guī)程，杜絕違章作業(yè)，對機械設(shè)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(fā)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(qū)域，對設(shè)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(guān)閉，仍有可能造成誤動作，必須用手接觸運動部件時，應(yīng)將電機電源或氣源徹底關(guān)閉。

1.2 電氣方面

電氣維修是半導體工藝設(shè)備維修中基礎(chǔ)維修，在常規(guī)電氣維修過程中，首先應(yīng)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(xiàn)場，一位維修人員負責斷電，并在維修設(shè)備旁放置“維修現(xiàn)場，請勿靠近”警示牌，提示現(xiàn)場操作人員遠離設(shè)備，防止意外發(fā)生。維修人員在維修過程中，另一位維修人員應(yīng)在電源旁看守，避免其他人員誤操作將電源閉合發(fā)生觸電事故。

半導體工藝設(shè)備一般為220 V、380 V 用電，電氣類維修首先應(yīng)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(xiàn)場，一位維修人員負責斷電，并在維修設(shè)備旁放置“維修現(xiàn)場，請勿靠近”警示牌，提示現(xiàn)場操作人員遠離設(shè)備，防止意外發(fā)生。維修人員在維修過程中，另一位維修人員應(yīng)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(yīng)配備護手處有絕緣保護的工具，特殊類工具要保證質(zhì)量過關(guān)，符合國家安全標準。維修工具損壞后應(yīng)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(shè)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(shù)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(chǎn)生電弧放電，從而造成安全事故，所以人員與設(shè)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(lián)鎖，只有當所有聯(lián)鎖的門關(guān)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(lián)鎖裝置失效。如果確實需要在開門狀態(tài)下進行操作，必須經(jīng)過相關(guān)訓練并做好相應(yīng)的防護措施，至少有兩個人在場。進行斷電維修時，應(yīng)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(fā)生觸電或漏電的安全事件。

1.3 有限空間作業(yè)

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

針對有限空間維修作業(yè)，維修人員活動空間有限，可能轉(zhuǎn)身的空間都不足，但有時維修人員需進入設(shè)備內(nèi)部檢查故障，這就要求維修人員應(yīng)根據(jù)設(shè)備操作人員描述故障現(xiàn)象初步判斷故障范圍，維修前應(yīng)把設(shè)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(wěn)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(shè)備內(nèi)部進行維修的情況，首先應(yīng)進行設(shè)備斷電，在保證光線良好的情況下進行維修作業(yè)，維修人員觀察設(shè)備內(nèi)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(fā)生。

1.4 危險化學品及有毒有害氣體的使用

設(shè)備維修是在設(shè)備現(xiàn)場開展維修工作，由于生產(chǎn)工藝不同、設(shè)備使用不同，所以現(xiàn)場維修環(huán)境存在差異。有些設(shè)備在工作或維修過程中會使用到危險化學品，現(xiàn)場存在因操作不當造成?；愤z撒或泄漏風險，造成現(xiàn)場人員接觸?；钒l(fā)生灼傷、中毒，嚴重時可能會引發(fā)火災(zāi)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(yīng)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(guī)范程序做好防護措施。

此外，應(yīng)對維修人員進行安全教育，包括維修設(shè)備安全操作規(guī)程、現(xiàn)場危險化學品特性、接觸危化品應(yīng)急處置措施、個人防護用品的正確佩戴和使用、現(xiàn)場應(yīng)急物資及應(yīng)急疏散路線?，F(xiàn)場維修如需排空設(shè)備中危化品，應(yīng)由設(shè)備操作人員按照操作規(guī)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(yè)，維修結(jié)束后應(yīng)檢查現(xiàn)場?；肥欠裼行孤?，確保設(shè)備恢復(fù)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(shè)備過程中，設(shè)備中氣體排空不干凈或氣體泄漏極易造成現(xiàn)場人員中毒，嚴重時可能會引發(fā)火災(zāi)。

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(tài)源時必須嚴格按照程序規(guī)范操作，做好防護措施。

1.5 臨時動火作業(yè)

在維修半導體生產(chǎn)工藝輔助設(shè)備時，有時會使用氧氣瓶、乙炔氣瓶進行氣焊作業(yè)。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(xiàn)泄漏，乙炔與空氣混合遇見火星或明火則會發(fā)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(shè)備維修中氣焊屬于特種作業(yè)，維修操作人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓，通過考試，持證上崗。氣焊作業(yè)需要用到氧氣瓶與乙炔氣瓶，根據(jù)存放規(guī)定，氧氣瓶、乙炔氣瓶應(yīng)分開放置，間距不得少于5 m，并設(shè)置防傾倒措施，防止泄漏引起爆炸。進行氣焊作業(yè)前，設(shè)備管理人員需申請臨時動火作業(yè)，并報安全管理部門審批，審批通過后設(shè)備維修人員開展氣焊作業(yè)。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(yè)現(xiàn)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(xiàn)場準備干粉滅火器、沙箱等應(yīng)急物資，發(fā)生意外時使用，操作過程中嚴格遵守安全操作規(guī)程。

1.6 高空作業(yè)

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(yè)，維修人員應(yīng)獨杜絕思想麻痹，重視安全帽、安全帶的作用。維修前應(yīng)檢查安全帶各部位是否完好無損，作業(yè)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(shè)備維修人員安全，建議遇到高處維修作業(yè)可請設(shè)備供貨商派專業(yè)人員進行維修。

2 安全風險管理效果

由于企業(yè)前期安全風險管理體系文件建立不完善，設(shè)備維修人員在維修過程中，曾出現(xiàn)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(yè)跌落等人員受傷的情況。

隨著設(shè)備及生產(chǎn)的需求，安全風險管理文件日益完善，通過執(zhí)行安全體系規(guī)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(yīng)急演練等措施，維修人員再未出現(xiàn)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(guī)范，提升維修效率，保障半導體工藝設(shè)備正常運行。

3 結(jié)束語

本文通過分析半導體行業(yè)設(shè)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(yīng)措施，執(zhí)行安全體系規(guī)章制度，嚴格進行安全教育培訓，以及相應(yīng)防護用品的配備，不僅保障維修過程中維修人員與現(xiàn)場工作人員的安全，同時也保障了設(shè)備的安全，使得半導體工藝設(shè)備順利維修、正常運行。