半导体工艺设备维修过程中安全风险管理

朱 超，刘霞美，王秀海，赵英伟

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄 050051）

0 引言

半导体工艺设备指用于生产各类半导体芯片所需的生产设备，主要包括外延、刻蚀、薄膜沉积、光刻、离子注入、清洗、抛光等设备，属于半导体行业产业链的支撑环节，在半导体产业链中的地位至关重要[1]。关键设备一旦出现故障可能会造成整条生产线停产，带来较大损失。为了保障科研生产正常运转，设备出现故障时维修人员能第一时间前往现场进行维修，拥有一支专业设备维修团队，是企业高速发展的重要保障。

因生产工艺的要求，半导体生产行业存在一定的工业安全和职业健康危害因素，主要危险包含易燃易爆、有毒有害气体，如H2、SiH4、PH3、AsH3、Cl2等。更为严重的问题是，半导体企业的生产设备通常安装在密闭的洁净厂房内，一旦因为设备原因导致火灾，容易堵塞疏散线路，而且同时也会引起通风不畅等问题，最终导致大量人员伤亡[2]。此外，半导体维修过程中存在着多种风险，如机械伤害、有限空间作业、高空作业等。在职业健康方面工艺制造过程中的自动化机械设备会涉及强电、危险性气体、危险化学品等因素[3]。

在生产过程中，设备的安全管理维修工作需要将人员安全放在首位，为了保证设备得以顺利运行，必须针对设备进行安全管理，保证设备处于良好的运行状态[4]。在维修过程中，首先要对安全风险进行辨识，其次需要专门构建标准化管理体系，通过建立、执行安全体系规章制度，严格遵守安全操作规程，杜绝“三违”（即违规作业、违章指挥、违反劳动纪律）作业，规范设备维修流程。最后通过安全教育培训及防护用品佩戴，来确保维修过程中的安全，保障维修人员安全。

1 安全风险辨识与管理

由于半导体行业设备维修过程的特殊性，包括多种专用设备，其中涉及高电压、大电流、高空作业、酸碱腐蚀、有毒有害气体等环境因素。识别维修过程中，主要安全风险包括机械伤害、砸伤、触电、有限空间作业、中毒、高处坠落等风险因素。风险源辨识过程应由安全管理人员与设备维修人员共同识别，根据现场维修环境不同分析可能存在的危险，并根据识别的风险源逐一制定管控措施。

为了规范设备维修流程，保障设备维修人员安全，制定一系列安全体系规章制度，包含风险源管控措施、安全生产责任制、防护用品发放制度、隐患排查治理制度以及安全培训教育制度和应急演练制度等。通过执行整个安全体系规章制度，提升维修人员安全管理能力，掌握现场危险源管控措施，杜绝“三违”作业，减少维修过程中风险，为维修人员营造安全的工作环境。

本文将从以下6 个方面，对安全风险的辨识与管理进行阐述。

1.1 机械方面

设备维修过程中，往往存在由于操作不当引起的机械伤害风险。在维修过程中，存在配件、维修工具放置不当，操作过程中物品掉落，造成维修人员和其他现场工作人员砸伤的风险。另外，对于维修人员使用工具力度、方法的不同，有可能造成维修人员机械性的伤害。

应采取相应措施，加强对维修人员安全教育培训，掌握安全操作规程，杜绝违章作业，对机械设备粘贴警示标识，加装安全防护措施，做好日常检查，消除隐患；为维修人员配备防护手套、防砸鞋，维修人员工作中佩戴防护用品，避免因配件、工具掉落发生砸伤事故。

在比较典型的离子注入机维修过程中，涉及大量气动和电动部件，包括机械手、靶盘、真空锁以及各种电机，这些部件的机械运动都有可能对维修人员造成伤害。另外，靶室是存在运动部件最多的区域，对设备进行检查或维修时必须远离运动部件，即使在操作台将这些运动部件关闭，仍有可能造成误动作，必须用手接触运动部件时，应将电机电源或气源彻底关闭。

1.2 电气方面

电气维修是半导体工艺设备维修中基础维修，在常规电气维修过程中，首先应确保断电维修，尤其在进行高压电维修时，需由至少两位维修人员同时在现场，一位维修人员负责断电，并在维修设备旁放置“维修现场，请勿靠近”警示牌，提示现场操作人员远离设备，防止意外发生。维修人员在维修过程中，另一位维修人员应在电源旁看守，避免其他人员误操作将电源闭合发生触电事故。

半导体工艺设备一般为220 V、380 V 用电，电气类维修首先应确保断电维修，不得以任何理由进行带电维修。维修时，需由至少两位维修人员同时在现场，一位维修人员负责断电，并在维修设备旁放置“维修现场，请勿靠近”警示牌，提示现场操作人员远离设备，防止意外发生。维修人员在维修过程中，另一位维修人员应在电源旁看守，避免其他人员误操作将电源闭合对维修人员造成伤害。维修工具是维修人员的“手”，应配备护手处有绝缘保护的工具，特殊类工具要保证质量过关，符合国家安全标准。维修工具损坏后应直接更换，杜绝“带病”使用。

例如，离子注入机维修过程中包含多种电压，如灯丝电压、起弧电压、吸极电压、磁铁电压、后加速电压、聚焦电压、扫描电压等，都有可能对维修人员造成伤害。离子注入机正常运行时，离子源是整个设备电势最高点，其电压等于吸极电压与后加速电压之和，终端电压为后加速电压，可能高达数百千伏，当吸极或后加速管高压存在时，人员如果与高压源距离过近可能产生电弧放电，从而造成安全事故，所以人员与设备的距离要达到安全距离及以上。为了防止高压运行时对人员的伤害，离子注入机一般具有门联锁，只有当所有联锁的门关好时才能加上高压，进行维护或维修时不要随意地人为使门联锁装置失效。如果确实需要在开门状态下进行操作，必须经过相关训练并做好相应的防护措施，至少有两个人在场。进行断电维修时，应用放电棒将离子注入机残余的高压导入地面，并将放电棒挂在离子源部分，以防止发生触电或漏电的安全事件。

1.3 有限空间作业

随着近年半导体生产任务繁重，为了保障生产任务按时完成，半导体工艺设备采购数量连年增长，但是由于生产厂房空间有限，导致设备安装空间拥挤，一个房间可能存放多台设备，且设备间距离过近，给后期设备出现故障需要维修时带来了不便。

针对有限空间维修作业，维修人员活动空间有限，可能转身的空间都不足，但有时维修人员需进入设备内部检查故障，这就要求维修人员应根据设备操作人员描述故障现象初步判断故障范围，维修前应把设备周围进行清理，尽可能扩大维修空间，并确保维修工具使用稳定、可靠，避免有限空间维修时工具对人员造成伤害。遇到需要进入设备内部进行维修的情况，首先应进行设备断电，在保证光线良好的情况下进行维修作业，维修人员观察设备内部接线情况，确定故障点后，谨慎操作，避免维修过程中触碰其他线路导致二次故障的发生。

1.4 危险化学品及有毒有害气体的使用

设备维修是在设备现场开展维修工作，由于生产工艺不同、设备使用不同，所以现场维修环境存在差异。有些设备在工作或维修过程中会使用到危险化学品，现场存在因操作不当造成危化品遗撒或泄漏风险，造成现场人员接触危化品发生灼伤、中毒，严重时可能会引发火灾或爆炸。例如，在真空泵维修过程中，泵油可能包含酸性和有毒物，更换真空泵油时应做好防护措施，注意不要让皮肤接触，并按照有害物处理办法进行废弃处理。真空泵的排气管有可能会有害物沉积，必须定期对其进行清洗，清洗时要按照规范程序做好防护措施。

此外，应对维修人员进行安全教育，包括维修设备安全操作规程、现场危险化学品特性、接触危化品应急处置措施、个人防护用品的正确佩戴和使用、现场应急物资及应急疏散路线。现场维修如需排空设备中危化品，应由设备操作人员按照操作规程完成，并将排出的危化品存放指定地点。维修人员禁止私自作业，维修结束后应检查现场危化品是否有泄漏，确保设备恢复正常后方可离场。

电子特种气体被称为半导体制造中的“血液”，是半导体制造中第二大原材料。电子特种气体主要用于清洗、蚀刻、离子注入、外延工艺等，常用的有三氟化氮、六氟化硫、氯气、磷烷、砷烷等。电子特种气体具有易燃易爆、剧毒的特性，所以在维修此类设备过程中，设备中气体排空不干净或气体泄漏极易造成现场人员中毒，严重时可能会引发火灾。

例如，离子注入机可能使用具有毒性、腐蚀性、令人窒息性、易燃易爆性的材料，包括气体掺杂源如BF3、SiF4、P2F5、As2F5、AsH3、PH3、SiH4或 固 体 掺 杂 源P、As等，维修过程中更换气瓶或固态源时必须严格按照程序规范操作，做好防护措施。

1.5 临时动火作业

在维修半导体生产工艺辅助设备时，有时会使用氧气瓶、乙炔气瓶进行气焊作业。乙炔属于易燃有毒气体，氧气属于助燃气体，如在操作中乙炔出现泄漏，乙炔与空气混合遇见火星或明火则会发生爆炸，造成氧气瓶损坏泄漏，氧气会促使爆炸更加猛烈。

半导体工艺设备维修中气焊属于特种作业，维修操作人员应经过专业培训，通过考试，持证上岗。气焊作业需要用到氧气瓶与乙炔气瓶，根据存放规定，氧气瓶、乙炔气瓶应分开放置，间距不得少于5 m，并设置防倾倒措施，防止泄漏引起爆炸。进行气焊作业前，设备管理人员需申请临时动火作业，并报安全管理部门审批，审批通过后设备维修人员开展气焊作业。气焊操作过程前，维修人员要佩戴好防护眼镜，检查气瓶压力，对作业现场进行检查，确认无易燃易爆品。操作过程中氧气瓶与乙炔气瓶距离不得小于5 m、与动火点距离不得小于10 m，并在现场准备干粉灭火器、沙箱等应急物资，发生意外时使用，操作过程中严格遵守安全操作规程。

1.6 高空作业

凡在坠落高度基准面2 m 或以上有可能坠落的高处进行作业，维修人员应独杜绝思想麻痹，重视安全帽、安全带的作用。维修前应检查安全带各部位是否完好无损，作业过程中安全带禁止挂在移动或带尖锐棱角或不牢固的地方，安全带必须高挂低用，杜绝低挂高用。为了保护设备维修人员安全，建议遇到高处维修作业可请设备供货商派专业人员进行维修。

2 安全风险管理效果

由于企业前期安全风险管理体系文件建立不完善，设备维修人员在维修过程中，曾出现过因注意力不集中或无防护措施，造成维修人员被维修配件、工具掉落砸脚、机械夹手、危险化品飞溅致维修人员衣服灼烧、高处作业跌落等人员受伤的情况。

随着设备及生产的需求，安全风险管理文件日益完善，通过执行安全体系规章制度，分析维修过程中风险源、多次开展安全教育培训、增加防护用品的配备、组织应急演练等措施，维修人员再未出现过砸伤、夹手、跌落、灼烧等人员受伤事故，保障了维修人员人身安全，维修操作更规范，提升维修效率，保障半导体工艺设备正常运行。

3 结束语

本文通过分析半导体行业设备维修过程中涉及的安全风险源，针对这些风险源建立、采取一系列相应措施，执行安全体系规章制度，严格进行安全教育培训，以及相应防护用品的配备，不仅保障维修过程中维修人员与现场工作人员的安全，同时也保障了设备的安全，使得半导体工艺设备顺利维修、正常运行。