開放式半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室危化品管理體系的規(guī)范化建設(shè)

王 英，程秀蘭，吳煒文，付學(xué)成，韓永來(lái)，沈赟靚，張明軍

（上海交通大學(xué) 先進(jìn)電子材料與器件校級(jí)平臺(tái)，上海 200240）

微納加工技術(shù)是現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石，許多國(guó)際知名大學(xué)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)均建立了微米、納米加工工藝支撐平臺(tái)或?qū)嶒?yàn)室。特別是在美國(guó)，排名前50的大學(xué)幾乎均有自己的微納加工實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室不僅對(duì)外開放，而且承擔(dān)高端技術(shù)的開發(fā)及人才培養(yǎng)的功能[1-2]。在“十二五”期間，根據(jù)微納相關(guān)學(xué)科及科研的需要，國(guó)內(nèi)眾多科研單位及高校均加強(qiáng)了在微納加工領(lǐng)域的建設(shè)與研究工作。隨著半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展，如何科學(xué)、安全地管理這類實(shí)驗(yàn)室已成為越來(lái)越緊迫的課題[3-4]。

開放式半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室工藝過(guò)程具有工藝種類多、工藝流程復(fù)雜、工藝關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn)；其涉及的材料種類多樣，?；贰⑻胤N氣體用量大，廢棄物處理復(fù)雜，因此這類實(shí)驗(yàn)室?；饭芾淼膹?fù)雜性明顯高于普通實(shí)驗(yàn)室[5]。此外，與普通實(shí)驗(yàn)室要求不同，由于半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室對(duì)溫度、濕度、潔凈度等具有嚴(yán)格的要求，因此這類實(shí)驗(yàn)室均為相對(duì)封閉的凈化室，這對(duì)應(yīng)對(duì)突發(fā)危險(xiǎn)、應(yīng)急處置及逃生等提出了更高的要求[6-7]。此外，開放式半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室除了具有上述特點(diǎn)外，相比于其他實(shí)驗(yàn)室還具有用戶專業(yè)背景復(fù)雜、人員數(shù)量多及參與度高的特點(diǎn)，這就要求實(shí)驗(yàn)室管理，特別是危化品的管理必須嚴(yán)格規(guī)范。因此，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理和規(guī)范化建設(shè)，保障實(shí)驗(yàn)室安全高效運(yùn)行是擺在這類實(shí)驗(yàn)室管理面前最重要的課題，也是推動(dòng)微電子技術(shù)發(fā)展的重要保障[8-10]。

1 半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室?；贩诸?/h2>

半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室工藝涉及清洗、光刻、刻蝕、薄膜、擴(kuò)散、后道等多道工藝。這些工藝過(guò)程不僅涉及設(shè)備操作過(guò)程中的電氣安全問(wèn)題，同時(shí)也涉及各類化學(xué)品的使用、處理等問(wèn)題。

1.1 常用化學(xué)試劑

開放式半導(dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室日常使用化學(xué)品可以分為常用試劑和常用氣體兩大類。常用試劑主要用于濕法清洗、濕法刻蝕、光刻及顯影等工藝過(guò)程中，涉及具有強(qiáng)酸堿性、強(qiáng)腐蝕性、易燃、高毒性等多種化學(xué)試劑，半導(dǎo)體工藝過(guò)程中部分常用試劑見(jiàn)圖1。如果對(duì)這些常用化學(xué)試劑不能進(jìn)行規(guī)范化的管理，將給實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)一定的安全隱患。

圖1 微納加工實(shí)驗(yàn)室部分常用化學(xué)試劑

1.2 常用氣體

開放式微納加工實(shí)驗(yàn)室在常用氣體方面主要包括大宗氣體及特種氣體。大宗氣體大部分無(wú)色無(wú)味，相對(duì)毒性較低，但仍有潛在的危險(xiǎn)，往往具有一定的窒息性質(zhì)，常用氣體如：壓縮空氣、N2、Ar、O2、He、H2等。特種氣體一般用于薄膜沉積、摻雜、外延、離子注入、刻蝕等工藝，一般可分為腐蝕性、劇毒性、易燃易爆、惰性等幾類，CF4、CHF3、C2F6、C4F8、SF6等氣體因?yàn)樵谝话銞l件下與其他物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)，可以歸為常用的惰性氣體。常用腐蝕性、劇毒性、易燃易爆氣體見(jiàn)圖2。

圖2 微納加工實(shí)驗(yàn)室常用腐蝕性、劇毒性、易燃易爆氣體

1.3 廢棄物分類

開放式微納加工實(shí)驗(yàn)室每天產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液[11]及固體廢棄物（如硅片、帶有污染物的廢棄物等），這些廢棄物的處理關(guān)系到實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的安全。因此，在分類、存放、回收等方面須進(jìn)行嚴(yán)格管理。微 納加工實(shí)驗(yàn)室常規(guī)廢棄物可以分為液體類和固體類（見(jiàn)表1），其中包括有機(jī)廢液、無(wú)機(jī)廢液、含氟廢液、清洗廢液、利器廢棄物、空試劑瓶、有毒廢棄物、普通廢棄物等。根據(jù)分類的不同，其存放及回收的方式也不同。因此在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中須確保各類廢棄物按規(guī)范進(jìn)行回收并處理。

表1 微納加工實(shí)驗(yàn)室常規(guī)廢棄物分類

2 ?；饭芾眢w系的規(guī)范化探索

危化品一直是實(shí)驗(yàn)室安全管理的重點(diǎn)。根據(jù)我校的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要從以下幾方面對(duì)開放式微納加工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行規(guī)范化管理與探索。

2.1 提高安全意識(shí)，加強(qiáng)安全宣傳與培訓(xùn)力度

安全意識(shí)是安全保障的前提，因此需要首先提高實(shí)驗(yàn)室工作人員和用戶的安全意識(shí)[12]。為此，需要定期開展安全宣傳活動(dòng)，包括消防安全宣傳、化學(xué)品安全宣傳、廢棄物分類管理宣傳、實(shí)驗(yàn)室安全操作宣傳、實(shí)驗(yàn)室特殊氣體知識(shí)宣傳等。通過(guò)各種安全宣傳強(qiáng)化師生的安全意識(shí)，同時(shí)建立安全宣傳檔案，形成規(guī)范。此外，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員以及用戶定期組織安全培訓(xùn)。特別是針對(duì)新進(jìn)實(shí)驗(yàn)室人員，建立安全培訓(xùn)考核制度，并存檔，對(duì)不通過(guò)的人員禁止進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，從而提高實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的安全性。

2.2 排查隱患，加強(qiáng)特種氣體及?；饭芾?/h3>

特種氣體及?；肥前雽?dǎo)體微納加工實(shí)驗(yàn)室兩大主要的危險(xiǎn)源，必須加強(qiáng)對(duì)這兩大危險(xiǎn)源的安全管理。

（1）特種氣體安全管理。針對(duì)特種氣體泄漏危害大，不易察覺(jué)的特點(diǎn)，對(duì)使用特種氣體的設(shè)備及實(shí)驗(yàn)室空間加強(qiáng)氣體泄漏檢測(cè)管理，所涉及的空間須安裝氣體偵測(cè)系統(tǒng)，對(duì)易燃易爆氣體重點(diǎn)排查，對(duì)特氣泄漏檢測(cè)探頭進(jìn)行全面檢查并建立檔案。同時(shí)要做好警示標(biāo)牌，做好安全警示預(yù)案，提前預(yù)警；定期進(jìn)行安全評(píng)估，對(duì)存在安全隱患的危險(xiǎn)源必須及時(shí)處理。對(duì)鋼瓶等壓力容器及特種設(shè)備須定期檢驗(yàn)，嚴(yán)格檢查工作人員上崗證，及時(shí)更新。建立定期檢查巡視制度，建立特種氣體泄漏、吸入等問(wèn)題緊急處理預(yù)案，保障實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行。

（2）?；饭芾?。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室化學(xué)試劑種類多，易燃試劑及強(qiáng)酸、強(qiáng)腐蝕試劑使用量大的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面梳理并定期進(jìn)行點(diǎn)檢，建立檔案，定期巡查。對(duì)易燃、易爆、高毒性及高危害性化學(xué)試劑進(jìn)行專人管理，建立檔案。針對(duì)危險(xiǎn)性大，用量多的化學(xué)試劑進(jìn)行重點(diǎn)管理，加強(qiáng)安全防護(hù)，建立嚴(yán)格的操作規(guī)程和使用規(guī)范，并在醒目位置放置警示標(biāo)識(shí)。同時(shí)，針對(duì)化學(xué)品泄漏、傾灑、飛濺、吸入、接觸等問(wèn)題建立緊急處理預(yù)案。

針對(duì)不同的特種氣體及?；放鋫洳煌南罍缁鹪O(shè)備，并定期檢查及演練。同時(shí)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各類安全防護(hù)設(shè)施定期進(jìn)行檢查，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)、更新和更換，嚴(yán)格控制使用次數(shù)、時(shí)間和期限，嚴(yán)禁超時(shí)、超期、超負(fù)荷使用。

2.3 加強(qiáng)廢棄物管理，保障廢棄物回收安全

在實(shí)驗(yàn)室安全管理過(guò)程中，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢棄物進(jìn)行細(xì)化分類管理并加強(qiáng)宣傳，保障廢棄物回收安全。

（1）加強(qiáng)化學(xué)試劑廢液處理管理。根據(jù)廢液成分復(fù)雜、危險(xiǎn)性大的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢液種類進(jìn)行詳細(xì)排查，細(xì)化廢液種類，劃分固定區(qū)域進(jìn)行分類存放，每天巡視，建立廢液管理及巡視檔案，保障廢液存放安全及回收安全。實(shí)驗(yàn)室常用化學(xué)試劑廢液分類見(jiàn)表2。

（2）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室其他廢棄物的管理。以固體廢棄物為例，實(shí)驗(yàn)室中吸酸棉因?yàn)檎秤谢瘜W(xué)試劑而與普通固體廢棄物不同。因此，對(duì)于固體廢棄物要區(qū)分普通固體廢棄物、有毒有害固體廢棄物及利器廢棄物等，不同類型的固體廢棄物如果混放會(huì)產(chǎn)生安全隱患，因此對(duì)這類廢棄物須進(jìn)行細(xì)化分類管理，劃分區(qū)域，并根據(jù)廢棄物特點(diǎn)使用不同的容器分類存放和回收，保障工藝實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人員的安全。

表2 實(shí)驗(yàn)室常用化學(xué)試劑廢液分類表

2.4 合理分區(qū)，完善設(shè)施配備，加強(qiáng)規(guī)范管理

（1）根據(jù)各類危險(xiǎn)源的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與功能劃分；對(duì)各類危險(xiǎn)源根據(jù)特性進(jìn)行分類分區(qū)域存放和管理，最大限度減小安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，規(guī)范?；返氖褂?、回收及處理流程，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的登記，做到有跡可循、有據(jù)可查。

（2）針對(duì)化學(xué)試劑操作、特種氣體操作、消防應(yīng)急安全操作，配備了專業(yè)的防護(hù)用品，包括防護(hù)眼鏡、工作服、急救藥箱、防毒面具、防護(hù)服等，并對(duì)安全防護(hù)用品做到定點(diǎn)存放、定期檢查、及時(shí)更新和更換。

2.5 建立安全責(zé)任管理體系，做到責(zé)任到人

對(duì)存有化學(xué)品及特殊氣體的區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格劃分和管理，建立從“使用人—工藝責(zé)任人—區(qū)域責(zé)任人—區(qū)域巡檢人”從點(diǎn)到面的安全管理體系，做到分區(qū)明確、無(wú)死角、責(zé)任到人。安全責(zé)任管理體系對(duì)實(shí)驗(yàn)室使用人、工藝責(zé)任人、區(qū)域責(zé)任人等明確了各自的安全職責(zé)。區(qū)域檢查人根據(jù)安全條款定期、不定期巡查，確保實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定落實(shí)到具體責(zé)任人，以保障實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著開放式微納加工實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展，微納加工實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行和安全管理已成為實(shí)驗(yàn)室高效運(yùn)行的關(guān)鍵。?；酚捎谄湮：Υ?、危險(xiǎn)性高成為這類實(shí)驗(yàn)室的主要安全隱患，因此合理規(guī)范地進(jìn)行化學(xué)品管理是這類實(shí)驗(yàn)室安全工作的重中之重。我校在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)開放式微納加工實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合自身的發(fā)展需求，把安全放在首位，不斷探索開放式微納加工實(shí)驗(yàn)室危化品規(guī)范化管理體系的建設(shè)，以期為高校及科研院所同類實(shí)驗(yàn)室危化品管理提供參考。