1. 特气供应系统概述
1.1 特殊气体（特气）定义
特殊气体（Specialty Gas，简称特气）是指在半导体、面板、光伏等高端制造工艺中使用的，具有高纯度、高活性、易燃易爆、剧毒或强腐蚀性等特性的气体。与大宗气体（如N₂、O₂、Ar）不同，特气通常以钢瓶或槽车方式供应，且对输送管路的材质、洁净度、密封性有极高要求。
| 对比维度 | 大宗气体（Bulk Gas） | 特殊气体（Specialty Gas） |
|---|---|---|
| 纯度等级 | 99.999% ~ 99.9999% | 99.9999% ~ 99.99999% |
| 供应方式 | 现场制气或管道直供 | 钢瓶、Y瓶、槽车 |
| 危险性 | 低（惰性/助燃） | 高（易燃/剧毒/腐蚀） |
| 典型气体 | N₂, O₂, Ar, H₂ | SiH₄, NH₃, Cl₂, WF₆, PH₃ |
| 管路材质 | 304/316L SS | EP级316L SS, 哈氏合金 |
关键定义：特气是指纯度≥99.9999%（6N）且含有特定化学活性组分，在工艺中参与化学反应或作为掺杂源、清洗剂、刻蚀剂的电子级气体。
1.2 特气在半导体/面板厂的应用
特气贯穿芯片制造和面板制造的多个核心工艺环节，不同工艺段使用的特气种类和功能差异显著：
- 薄膜沉积（CVD/PVD）：SiH₄（硅烷）、NH₃（氨气）、WF₆（六氟化钨）用于形成SiO₂、Si₃N₄、金属钨薄膜。
- 刻蚀（Etch）：Cl₂（氯气）、HBr（溴化氢）、CF₄（四氟化碳）用于各向异性刻蚀。
- 掺杂（Ion Implant/Diffusion）：PH₃（磷烷）、AsH₃（砷烷）、B₂H₆（乙硼烷）作为掺杂源。
- 清洗/去胶：NF₃（三氟化氮）用于CVD腔室原位清洗，O₃（臭氧）用于光刻胶去除。
- 面板阵列（Array）：SiH₄、NH₃用于a-Si TFT沉积；Cl₂、SF₆用于干法刻蚀。
1.3 特气供应系统（GDS）基本架构
特气供应系统（Gas Delivery System, GDS）是从气源到工艺机台的全链条供应与安全管控体系。一个完整的GDS由以下核心子系统组成：
- 气源存储单元：钢瓶柜（Gas Cabinet）、Y瓶架、槽车/储罐区，配备泄漏检测、紧急切断阀（ESD）。
- 纯化与分配单元：纯化器（Purifier）、调压阀组（Regulator Manifold）、VMB（阀门箱）/VMP（阀门盘）。
- 输送管路：EP级不锈钢管、双套管（Double Containment）、自动焊接（Orbital Weld）。
- 安全监测系统：GMS（气体监测系统）——点式/开路式探测器、报警控制器、联锁输出。
- 自动化控制层：PLC/DCS + FMCS（厂务监控系统）实现远程监控、数据归档、报警管理。
工程经验：在新建或改造GDS时，建议将GMS探测器的报警阈值设定为TWA（时间加权平均浓度）的1/2，确保在人员暴露限值到达前触发FMCS联锁动作，预留充足响应时间。
1.4 GDS与FMCS的接口关系
GDS中的GMS系统通过以下典型信号与FMCS进行集成：
| 信号类型 | 来源 | 去向 | 通信方式 |
|---|---|---|---|
| 泄漏报警（高报/高高报） | GMS探测器 | FMCS + 现场声光报警器 | 硬接线（DI） |
| 气体浓度实时值 | GMS控制器 | FMCS历史数据库 | Modbus RTU/TCP |
| 切断阀状态反馈 | 气柜/VMB阀门 | FMCS状态显示 | 硬接线（DI） |
| ESD紧急停止指令 | FMCS / 手动按钮 | GDS切断阀 + 机台 | 硬接线（DO） |
| 机台联锁请求 | 工艺机台 | GDS供气阀门 | 硬接线（DI/DO） |
⚠ 集成风险提示：GMS与FMCS之间的通信延迟不应超过500ms，否则在快速泄漏场景下可能造成联锁动作滞后。建议关键报警信号采用硬接线（Hardwired）方式，非关键数据采用Modbus TCP轮询。