研究主體

矽甲烷是半導體製造上最具威脅及破壞性化學物質，不但人員之身體 傷害、死亡，更會造成財產損失及生產中斷。日本發生曾災害案例，因操 作者不知其可怕特性，認為矽甲烷與氧氣形成二氧化矽，殊不知矽甲烷與 氧氣成爆炸性氣體，會造成設備損害及營業中斷。矽甲烷燃燒後產生二氧 化矽或一氧化矽，後者會因衝擊或振動而引起爆炸。

矽甲烷氣體是一種在正常自燃溫度下具有自燃性之氣體。矽甲烷釋放 時如一噴射式火焰。理論上，矽甲烷濃度在 LEL 濃度以上或以下會引起氧 化反應是因排氣造成亂流。排氣管內的死角在正常排氣下，未反應矽甲烷 不會累積至危險濃度；如果亂流沈澱，矽甲烷燃燒會造成壓力上升。在某 些情形下，矽甲烷洩漏不會燃燒，而會形成矽甲烷蒸氣雲。因為矽甲烷的 高反應性及不穩定特性，一旦蒸氣雲燃燒，會引起爆炸及破壞性過壓力 [9]。

目前矽甲烷供應方式受到高度的研究重視。就日本、美國對矽甲烷研 究結果整理，並引用美國 UFC (Uniform Fire Code)、NFPA (National Fire Protection Association)及 SEMATECH 研究作一建議及研討。

1992 年美國聯邦政府公佈實施的「高危害性化學製程安全管理法規 (Process Safety Management，PSM)」中，其對安全衛生管理的執行提出 較完整的規範，要求業者執行製程危害分析(Process Hazard Analysis，

PHA)，特色是以製程的操作特性為基礎訂定安全管理計畫；即依操作特性

(4)危害及可操作性分析(Hazard and Operability Study，HAZOP)

(5)失誤模式與影響分析(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA) (6)失誤樹分析(Fault Tree Analysis，FTA)

(7)其他具有同等效力的方法

3.危害分析應由對工程、操作及製程有經驗的人員組成評估小組來完 成。評估小組至少有一人需熟悉評估方法。

4.針對評估小組之發現與建議應有追蹤系統。

5.至少每五年再評估一次。

6.只要製程繼續運作，PHA 的相關資料與紀錄都應保存。

表 1 為製程各階段之危害分析方法 [10]。

表 1 製程各階段之危害分析方法

系統安全分析的方法種類繁多，其用途亦依其功能而有所不同，危害及 可操作性分析是由引導詞與製程參數的結合而產生有意義的製程偏離，但 是並非所有的引導字都可應用於製程參數中，例如，當製程參數在溫度的 考慮下，它的引導字只有「較高」或「較低」，而其它的參數則使得偏離 而變得沒有意義。基本的進行模式是由幾個不同背景的專業人員以一種創 造性、系統性的方式相互交換意見，並將所得到的結果整合起來，這種方 式比起每個人獨自工作的方式可以辨識出較多的問題。其分析為定性性 質，缺乏計量化。分析以集會討論方式進行，時間結果往往造成工程設計 複雜化。也可能推衍出一些無意義後果之事件，如矽甲烷流動方向錯誤導 致 SiH⁴流入 N²管線上混合，最後污染製程管／線，當事故發生時，會涉及 多種作性分析。

文獻上曾對矽甲烷與氧的燃燒、爆炸機制的研究進行探討，在氧含量 較高的情形下(>70%)，其燃燒生成物為H²O與SiO²。如進一步增加矽甲烷濃 度，則H²會代替H²O，形成生成物。當矽甲烷濃度極高時(>70%)，其生成物 為H²、SiO^x與Si，矽甲烷濃度極高時的反應機制可能為熱生成爆炸反應。雖 然該研究並未針對自燃的機制進行詳細探討，但有提及微量之水氣可能穩 定矽甲烷與氧的混合，特別是在高矽甲烷濃度的條件，因此，大氣中的濕 度可能為矽甲烷自燃與否的關鍵條件之一 [11]。

美國 FM 研究公司曾針對矽甲烷進行了目前最完整的測試，如圖 2-1 所 示。研究結果發現，當矽甲烷濃度介於 1.4%~4.1%之間時，矽甲烷與空氣的 混合物具有爆炸性但其安定性很好，亦即不會自燃，但會被引火源引燃而 發生威力強大的爆炸。而矽甲烷濃度介 4.5%~38%(最高測試濃度)之間之混 合狀態稱為半穩定(Metastable)狀態，在此狀況下，會發生延遲引燃，延

遲時間介於 15~120 秒，而延遲時間與矽甲烷濃度成反比，當矽甲烷濃度越 高時其延遲時間則越短。此文獻之測試結果顯示立即自燃特性與初始壓 力、出口條件有關，並推論與外洩環境的通風條件無關 [12]。

圖 1 半穩定狀態下矽甲烷的反應特性[12]